Portalroboter

Linearportalroboter der Firma Vorwig

Portalroboter sind Industrieroboter mit mehreren Linearachsen, die kartesisch aufgebaut sind. In der Regel werden sie in Baukastensystemen aufgebaut und können daher flexibel an die räumliche Struktur und Aufgabenstellung angepasst werden. Häufig zu finden sind sie bei Handhabungsaufgaben wie der Logistik oder Montage, da sie große Reichweiten realisieren können.

Hauptartikel: Industrieroboter

Bauformen

Linearportal: Die am weitesten verbreitete Variante der Portalroboter stellt das Linearportal dar. Bei einem Linearportal liegen die anzufahrenden beziehungsweise zu greifenden Objekte auf einer Ebene auf der X und Y-Achse. Der Portalschlitten, der für die Translation auf der Hauptachse (X-Achse) zuständig ist, ermöglicht eine horizontale Positionierung zum Arbeitspunkt. Die vertikale Bewegung wird vom Portalarm ausgeführt. Durch das Handling der Objekte von oben wird die allseitige Zugänglichkeit des Arbeitsraumes einer Maschine oder des Arbeitsplatzes gewährleistet. Bei Anwendungen mit großem Verfahrweg in Z-Richtung bei eingeschränktem Bauraum oder eingeschränkter Raumhöhe können Teleskopachsen eingesetzt werden.

Portalroboter "FP 100" der Firma Ro-Ber

Auslegerportal: Bei Aufgaben für die eine zur horizontalen Achse orthogonale Bewegung geringer Weglänge erforderlich ist, kommen Auslegerportale zum Einsatz. Hierzu ist am Portalschlitten ein Ausleger integriert, der den Portalarm trägt. Diese Variante ist allerdings auf kurze Wegstrecken und geringe Traglast beschränkt.

Flächenportale: Für Anwendungen, bei denen große Arbeitsräume abzudecken sind, eignen sich Flächenportale, auch Raumportale genannt. In einem Quaderförmigen Arbeitsraum können die Objekte beliebig in XYZ-Richtung bewegt und positioniert werden. Zusätzliche Drehgelenke sind möglich, um den Effektor zu rotieren. Somit können zwar viele Bewegungsmuster ermöglicht werden, die Erreichbarkeit aller Punkte im Raum ist hingegen immer noch stark durch die Bauweise eingeschränkt.

Aufbau und Funktionsweise

Der Grundlegende Aufbau bezüglich Steuerung, Sensorik und Manipulatoren/ Effektoren weicht kaum vom allgemeinen Schema eines Roboter ab. So sei jedoch der Antrieb des Portals gesondert zu erwähnen:

Die Verfahrgeschwindigkeit, Dynamik und Antriebskraft des Portalroboters hängen maßgeblich von der Antriebsart, sowie der Kraftübertragung ab. In der Regel werden die Achsen durch Servomotoren oder Schrittmotoren angetrieben. Das Drehmoment wird sowohl mit Zahnriemen als auch mit Zahnstangen in die Linearbewegung umgesetzt. Zahnriemen ermöglichen eine hohe Verfahrgeschwindigkeit bei geringer Haltekraft. zahnritzel und Zahnstangen eignen sich hingegen für große Verfahrwege und höhere Gewichte. Achsen mit Lineardirektantrieb verfügen über eine sehr hohe Dynamik, Verfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit. Allerdings sind die Vorschubkräfte und Haltekräfte geringer.

Einsatzgebiete

Werkstück- und Werkzeugbeschickung von eintelnen Produktionssystemen oder Arbeitsstationen
Realisierung von Bearbeitungsaufgaben
Verkettung von getakteten Produktionsanlagen
Umsetzung zwischen Fördereinrichtungen
Kommissionieren, Palettieren und Verpacken
Handhabung bei Montageaufgaben
Mess- und Prüfaufgaben, sowie Überwachung

Vorteile von Portalrobotern

Durch seinen Linearaufbau können die Portale translatorische Bewegungen ohne das Erzeugen von Zentrifugalkräften realisieren. Das verringert zum einen die Belastung auf das System und die wirkenden Kräfte beim Start und Stopp der Bewegungen. Dadurch erfährt sein Einsatz eine hohe Positioniergenauigkeit und Dynamik. Unter anderem prädestiniert das Portalroboter für Handhabungsaufgaben und zum anderen durch die Möglichkeit große Arbeitsräume zu erfassen. Auch die nachträgliche Erweiterung oder Anpassung des Arbeitsraumes ist durch die Bauweise in den meisten Fällen ohne großen Aufwand möglich. Hohe Traglasten von Bauteilen von bis zu 1000 kg machen den Portalroboter zum leistungsstärkstem Roboter im Bezug auf Traglast und fördern sein breit gefächertes Einsatzgebiet.