Die geschichtliche Entwicklung von Industrierobotern

Die Erfindung des ersten Industrieroboters geht zurück in das Jahr 1954, als George Devol ein Patent auf den programmierten Warentransfer anmeldete.

Nach dem Zusammenschluss mit Joseph Engelberger, gründeten sie das erste Robotik Unternehmen, Unimation, welches 1961 den ersten Roboter in einem General Motors Werk installierte. Dieser entnahm dort Gussteile aus einer Maschine. In den nächsten zehn Jahren wurden die meisten der hydraulisch angesteuerten “Unimates” für die Werkstückbearbeitung und zum Punktschweißen von Automobilkarosserien verkauft. Beide Anwendungen waren sehr erfolgreich. Dies setzte voraus, dass die Arbeit der Roboter zuverlässig und sicher und die Qualität einheitlich war. Bald schon begannen viele andere Unternehmen mit der Entwicklung und Konstruktion von Industrierobotern. Eine innovationsgesteuerte Industrie bildete sich aus. Trotz allem dauerte es viele Jahre bis dieser Industriezweig profitabel wurde.

Der Durchbuch gelang erstmals 1969 mit dem „Stanford Arm”, dieser wurde als Forschungsprototyp von Viktor Scheinman entwickelt. Viktor Scheinmann arbeitete zu dieser Zeit als Maschinenbaustudent für das Stanford Artificial Intelligence Lab (SAIL). Der “6 DOF all-electric manipulator” wurde von einem normalen Computer gesteuert, einem Digital Equipment PDP-6. Dieser nicht antromorphe (menschengestaltige) kinematische Aufbau, war so einfach aufgebaut, dass sich dadurch die Berechnungen für die Kinematik erheblich beschleunigten.

Im Jahr 1973, stellte die Firma ASEA (heute ABB) den ersten Kleinrechner-gesteuerten, komplett elektrischen Industrieroboter vor, den IRB-6, welcher stufenlose Bahnbewegungen möglich machte, die eine Vorraussetzung für das Lichtbogenschweißen und die Zerspahnungstechnik darstellten.

 

Im Jahr 1978, wurde der SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) Roboter von Hiroshi Makino erfunden, der an der Yamanashi University, Japan tätig war. Das bahnbrechende, kostengünstige 4-Achsen Design war perfekt angepasst für die Montage von Kleinteilen, da der kinematische Aufbau schnelle und konforme Bewegungen des Arms ermöglichte. Flexible Montage Systeme auf der Basis des SCARA Roboters in Verbindung mit kompatiblen Produktdesigns (Design for Assembly, DFA) haben maßgeblich dazu beigetragen einen weltweiten Boom der hochtechnologisierten Produktion von Verbrauchgütern ins Leben zu rufen.

 

 

 

 

Bei komplexen Montageaufgaben, der simultanen Handhabung, der Bearbeitung von Werkstücken und der Handhabung von großen Objekten kann die zweihändige geschickte Bearbeitung maßgeblich sein. Der erste Roboter für die zweihändige, synchronisierte Bearbeitung wurde von der Firma MOTOMAN im Jahr 2005 vorgestellt. Als Dual Arm Roboter bildet er die Reichweite und die Geschicklichkeit der menschlichen Arme nach. Er kann an Arbeitsplätzen eingesetzt werden, die auf eine menschliche Arbeitskraft ausgelegt sind. Er zeichnet sich durch Beweglichkeit um 13 Achsen aus: sechs Achsen pro Arm und zusätzlich eine Achse für die Rotation um das Maschinenfundament.

 

 

Die Anforderungen bezüglich der Geschwindigkeit und des Gewichtes der Roboter führten zur neuen Kinematik und Getriebe Designs. Früh war die Reduktion der Masse und der damit verbundenen Trägheit eines der Hauptforschungsziele. Der menschliche Arm mit seinem Verhältnis zwischen Eigengewicht und Last von 1:1 war hier als Bezugsmarke gesetzt. Im Jahr 2006 wurde dieses Ziel erreicht, in Form des KUKA Leichtbauroboter, ein kompakter 7 DOF Roboter Arm mit hoch entwickelten Kraftsteuerungsmöglichkeiten. Ein anderer Ansatz in Richtung leichter und stabiler Strukturen wurde seit den 1980er Jahren verfolgt. Hierbei stand die Entwicklung von kinematisch parallel arbeitenden Maschinen, bei denen der End-Effektor (Ausführendes Werkzeug, z.B. Greifer) durch drei bis sechs parallele Verstrebungen mit dem Maschinen Fundament verbunden wird, im Vordergrund. Diese so genannten Parallel-Roboter sind vor allem auf höchste Geschwindigkeiten (z.B. Sortierung), Präzision (z.B. Zerspahnen) oder die Handhabung von schweren Bauteilen ausgelegt. Allerdings ist der Arbeitsbereich der parallel-kinematischen Roboter kleiner als bei vergleichbaren frei-kinematischen Robotern.