Industriële Robots: De Complete Expertgids

Industriële robots zijn robots die uitsluitend als productierobots worden ingezet. Ze zijn geautomatiseerd en programmeerbaar, met de mogelijkheid om zich over drie of meerassen te bewegen. Kortom: ze beschikken over robotarmen die zich in alle richtingen kunnen draaien. Typische taken waar deze industriële robots voor worden ingezet, zijn lassen, schilderen, assemblage, verpakken en labelen.

In 2020 waren er wereldwijd ongeveer 1,64 miljoen robots in bedrijf in diverse sectoren. De geschiedenis van industriële robots gaat terug tot 1937, toen de eerste bekende vorm een kraanachtig apparaat was, samengesteld uit Meccano-onderdelen en aangedreven door een motor.

Wordt geschat dat industriële robots tegen 2030 ruim 20 miljoen banen van mensen zullen hebben overgenomen. Robotische productiebedrijven werken hard aan innovaties om dit te realiseren.

Wat is een Industriële Robot?

Een industriële robot is een programmeerbaar mechanisch apparaat met een robotarm dat de plaats kan innemen van een mens om taken uit te voeren die te riskant of te herhalend zijn, maar met een veel hogere nauwkeurigheid. Het zijn complex ontworpen machines met bewegende delen, elk gemaakt voor een unieke functie.

Hoewel de kosten voor het produceren van een industriële robot hoog zijn, dueert het voordeel ten opzichte van mensen: er hoeven geen salarissen betaald te worden. Bovendien moeien ze niet, wat betekent dat ze dagenlang kunnen draaien tussen onderhoudsperiodes door.

Types Industriële Robots

Zoals eerder gezegd, zijn industriële robots ontworpen voor specifieke rollen. Een robot geprogrammeerd voor lassen kan niet schilden of verpakken. Deze functionele verschillen splitsen industriële robots in verschillende typen. Op dit moment onderscheiden we de volgende hoofdcategorieën:

Gegelenkte Robots (Articulated Robots)

Gegelenkte robots zijn de meest voorkomende industriële robots. Ze hebben een fabrieksrobotarm die nadoet aan een menselijke arm, verbonden via draaigewrichten. De segmenten in de arm zijn gekoppeld door rotatiegewrichten, meestal twee tot tien aan het aantal.

De gewrichten bieden bewegingsvrijheid, waardoor de robotarmen in elke richting kunnen draaien zonder te breken. Samengevat: gegelenkte robotarmen hebben meestal zes gewrichten, wat ze de meest flexibele industriële robots maakt – daarom zijn ze het meest gebruikt.

Voordelen

• Hoge snelheden, ideaal voor industriële werkzaamheden die snelheid en hoge nauwkeurigheid vereisen.
• Beperkte vloerruimte nodig.
• Uitlijnen van meerdere vlakken is eenvoudiger dan bij andere typen.
• Zeer flexibel dankzij de vele assen die de arm vrijheid van beweging geven.
• Kunnen meerdere taken uitvoeren buiten hun kernfuncties, ideaal voor het stroomlijnen van productieprocessen.

Nadelen

• Complex: vereisen een speciale robotcontroller.
• Programmeren is ingewikkeld en vereist vaak ervaren operators.
• Veel geavanceerde kinematica betrokken.
• Hoge aanschafkosten, vooral voor de productie.

Industriële Toepassingen

• Voedselverpakking
• Materiaalhandling
• Machinetending
• Staalsnijden
• Smederij- en gieterijtoepassingen
• Automontage
• Stalen brugconstructies

Cartesiaanse Robots (Gantry Robots)

Cartesiaanse robots, ook wel gantry robots of rectiligne robots genoemd, zijn industriële robot-typen met een rechthoekige configuratie. Ze hebben drie prismatische gewrichten die lineaire beweging leveren langs drie loodrechte assen. Soms zijn ze uitgerust met een pols voor rotatiebeweging. Cartesiaanse robots zijn populair bij industriële automatiseringsfabrikanten vanwege hun eenvoud en flexibiliteit, ideaal voor specifieke taken.

Voordelen

• Hoge positionele nauwkeurigheid.
• Eenvoudig te bedienen; iedereen met basiskennis kan ze instellen.
• Makkelijk te programmeren.
• Hoog aanpasbaar, ideaal voor taakwisseling.
• Kunnen zware lasten hanteren.
• Goedkoper in productie.

Nadelen

• Vereisen grote operationele en installatieruimte door formaat en bewegingsbereik.
• Montage is complex ondanks eenvoudige bediening.
• Kunnen maar in één richting tegelijk bewegen.

Industriële Toepassingen

• Laden en lossen van zware lasten
• Pick-and-place operaties
• Assemblage en sub-assemblage
• Materiaalhandling
• Lijmtoepassingen
• Afhandeling van kernmateriaal

SCARA Robots

SCARA staat voor Selective Compliance Assembly Robot Arm. Het is een industriële robot met een donutvormig werkbereik. Een SCARA robotarm heeft twee parallelle gewrichten die compliantie in één richting bieden. De rotatieassen zijn verticaal geplaatst met de eind-effector vast aan de horizontaal bewegende arm.

Een SCARA robot is gespecialiseerd in laterale bewegingen en wordt daarom veel als assemblerobot ingezet. Vergeleken met cilindrische en cartesiaanse robots zijn SCARA robots sneller en eenvoudiger te integreren.

Voordelen

• Ideaal voor snelle, herhalende punt-naar-punt bewegingen, perfect voor auto-assembagelijnrobots.
• Groot werkbereik.
• Zeer nauwkeurig.

Nadelen

• Vereisen een speciale industriële robotcontroller.
• Beperkt tot vlakke oppervlakken door ontwerp en vorm.
• Moetelijk om offline te programmeren.

Industriële Toepassingen

• Assemblage-toepassingen
• Afhandeling van halfgeleiderwafers
• Biomedische toepassingen
• Verpakken en labelen
• Palletiseringsrobotarm
• Machineladen

Delta Robots

Delta robots bestaan uit parallelle gewrichtskoppelingen die verbonden zijn met een gemeenschappelijke basis. Ook wel Parallel Link robots genoemd, zijn ze eenvoudiger te besturen omdat elk gewricht gepositioneerd is ten opzichte van de eind-effector. Dit geeft Delta robots een hoge bewegingssnelheid, ideaal voor hoog-volume productie.

Delta robots hebben een koepelvormig werkbereik; het ontwerp verlaagt het gewicht in de armen, wat de hoge snelheid verklaart. Ze worden voornamelijk gebruikt voor pick & place automatisering. Ze worden geprogrammeerd om perfect gesynchroniseerd met andere machines te werken om de snelheid te benutten; anders zou een fractie langzamere band een ramp zijn.

Voordelen

• Hogesnelheidsmachines; typisch 30% sneller dan SCARA robots door ontwerp.
• Hoge operationele nauwkeurigheid ondanks hoge snelheden.
• Hoge productiviteit: tot 3 delen per seconde.
• Veiliger voor herhalend, hogesnelheidswerk dat gevaarlijk is voor mensen.

Nadelen

• Veel bewegende delen, erg complex.
• Vereisen een speciale robotcontroller.

Industriële Toepassingen

• Voedingsmiddelenindustrie
• Farmaceutische industrie
• Elektronische industrie
• Automobielindustrie
• Optische vezeluitlijning

Poolrobots (Sferische Robots)

Poolrobots bestaan uit een draaigewricht dat de arm met de basis verbindt, plus twee rotatiegewrichten en één lineair gewricht. Vanwege hun sferische werkbereik heten ze ook sferische robots. Een uniek kenmerk is de gecentraliseerde draaiende as en een uitsteekbare, draaiende robotarm. De 'gun turret'-configuratie dekt een groot volume af tijdens de werking.

Voordelen

• Grote bereik, kan 360 graden zwaaien.
• Kunnen objecten direct boven en onder zich bereiken.
• Geschikt voor grote werkvolumes.
• Vereisen weinig vloerruimte.

Nadelen

• Verticale bereik is beperkt; kan niet zonder controller.
• Lage nauwkeurigheid, minder geschikt voor herhalende taken.
• Vereisen geavanceerd besturingssysteem.
• Worden langzaam uitgefaseerd.

Industriële Toepassingen

• Glasafhandeling
• Drukgieterij
• Stapelen en destapelen
• Smeden
• Lassrobot
• Materiaalhandling
• Spruitgieterij

Cilindrische Robots

Cilindrische robots bezitten een enkel rotatiegewricht aan de basis en een prismatisch gewricht dat de segmenten verbindt. Ze hebben een cilindervormig werkbereik, met een kantelende as en een uitsteekbare robotarm die verticaal schuift. Deze unieke beweging geeft zowel verticale als horizontale mobiliteit.

De arm is ontworpen om strakke werkbereiken te bereiken zonder snelheid of herhaalbaarheid in te leveren. Cilindrische robots zijn ideaal voor het oppakken van materialen van de grond dankzij hun geavanceerde pick-and-place robotarm.

Voordelen

• Eenvoudig te bedienen en installeren.
• Minimale montage nodig om te starten.
• Kunnen overal bereiken zonder problemen.
• Weinig vloerruimte nodig.
• Kunnen zware lasten hanteren.

Nadelen

• Lage nauwkeurigheid.
• Snel verouderd.

Industriële Toepassingen

• Transport van LCD-panelen
• Robotische assemblagesystemen
• Coating-toepassingen
• Drukgieterij
• Gieterij- en smederijtoepassingen
• Machineladen en -lossen

Cobots (Collaboratieve Robots)

Er is een recentere versie van industriële robots die de moeite waard is te noemen. Collaboratieve Robots (Cobots) zijn industriële robots die naast mensen kunnen werken zonder strikte veiligheidsbarrières. Ze hebben een afgerond ontwerp en zijn uitgerust met speciale sensoren die hen laten weten waar mensen zich bevinden, zodat ze ruimte geven om werknemers te assisteren.

Voordelen

• Kunnen naast mensen werken, wat de efficiëntie verhoogt.
• Gemakkelijk herinzetbaar voor andere taken.
• Goedkoper in productie dan andere robotten.

Nadelen

• Zeer traag; snelheid is geofferd voor veiligheid.
• Lage draagcapaciteit, ook voor veiligheid.

Industriële Toepassingen

• Machinetending
• Assemblage van bewegende delen
• Verpakken
• Visiesystemen

Hoe Werken Robotarmen?

Robotarmen zijn ontworpen naar het voorbeeld van de menselijke arm en werken op vergelijkbare wijze. De werking hangt af van de taak waarvoor ze ontworpen zijn. In het algemeen functioneren alle robotarmen op dezelfde basis: ze zijn afhankelijk van gewrichten voor beweging en zijn uitgerust met sensoren en andere functies die dit mogelijk maken.

Om te begrijpen hoe ze werken, moeten we de industriële robotonderdelen kennen die de robotarm vormen:

Controllers

Industriële robotcontrollers zijn de hersenen van de robot. Ze zijn de processors die het uitvoerbare programma dragen dat de bewegingen van de robotarm bepaalt. Ze kunnen automatisch geprogrammeerd zijn of handmatige bediening door een gekwalificeerde technicus toestaan. Soms zijn het grote computersystemen, soms een simpele joystick.

Armen

Dit is het deel dat het echte werk doet. Het bestaat uit drie hoofdonderdelen: schouder, elleboog en pols, net als bij mensen. Alle drie zijn gekoppeld via assen en gewrichten, bestuurd door de centrale processor (de controller). Elk deel moet in relatie tot de andere bewegen voor efficiëntie.

Eind-effector (End Effector)

Dit is het deel dat de handfuncties uitvoert. Meestal bestaat een robot eind-effector uit twee klauwen die objecten grijpen door automatisch te openen en sluiten. Sommen kunnen draaien en manoeuvreren tijdens het vasthouden of verplaatsen van objecten.

Drijven (Drives)

Dit zijn de motoren tussen de gewrichten die de manoeuvres en bewegingen van de robotarmen besturen. Ze gebruiken meestal riemen die vergelijkbaar zijn met die in auto-motoren.

Waarom Heb Je Robotarmen Nodig?

Industriële robotica-bedrijven zijn de afgelopen twee decennia sterk gegroeid, en technologische vooruitgang in de robotwereld gaat door. Binnenkort zullen robots al het werk om ons heen verrichten. Ondanks de ontwrichting op de arbeidsmarkt, is niet te ontkennen dat robots het leven veel makkelijker hebben gemaakt.

Hier zijn de voordelen van het gebruik van industriële robotarmen:

Verbeterde Werkveiligheid

Bouwwerk is arbeidsintensief en betreft zware machines die gevaarlijk kunnen zijn voor werknemers. Blootstelling aan schadelijke chemicaliën schaadt de gezondheid. Industriële robotarmen hebben dit risico sterk verminderd: ze werken in elke omstandigheid omdat ze onbezadigde machines zijn. Ze voeren herhalend werk uit zonder ook maar een seconde focus te verliezen.

Lagere Kosten

Hoewel de initiële investering in een robot hoog kan zijn, zijn de langetermijnvoordelen enorm. Naast het wegvallen van salarissen, verlof en andere kosten, maken robots geen fouten. Verlies door vernietiging van machines en producten door menselijke nalatigheid is verleden tijd.

Verhoogde Productiviteit

Wat vroeger dagen duurde, wordt nu in uren bereikt. Menselijke arbeid loopt uit en heeft rust nodig. De enige manier om 24/7 productie te handhaven is via diensten. Robots daarentegen kunnen dagenlang draaien zonder pauze. Een intelligente assemblagecel levert werk gelijk aan 4 personen tegelijk.

Betere Productkwaliteit

Menschen kunnen de nauwkeurigheid en precisie van robots niet evenaren. Robots in de productie worden gestuurd door laserprecieze geleidingstechnologieën; elke snede en meting is perfect. Gegelenkte robots zijn de uitstraling van nauwkeurigheid in de robotwereld. Betere nauwkeurigheid leidt tot hogere productkwaliteit.

Betrouwbaarheid

Industrieën die robots in de productie gebruiken hebben een exponentiële productiestijging gezien. Mits regelmatig onderhouden, leveren ze consistent werk, hoe wreed de omstandigheden ook zijn. Hetzelfde geldt niet voor menselijke werknemers die vatbaar zijn voor ziekte en vermoeidheid, wat hun output beïnvloedt.

Welke Industrieën Gebruiken Industriële Robots?

Veel fabrikanten zijn overgestapt of in het proces om hun productie volledig te automatiseren. De redenen zijn talrijk, maar de hoofddoel is: robots zijn betrouwbaar, verlagen salariskosten en besparen geld dat elders kan worden ingezet. Hieronder volgen industrieën die robotarmtoepassingen in hun productieprocessen gebruiken.

Automobielindustrie

Robotica in de automobielproductie was een van de eerste toepassingen van industriële robotica. Tegenwoordig vind je geen automerk dat geen autoproductierobots inzet voor meer dan 75% van de productie. De automobielsector staat voor ongeveer 30% van de totale industriële robotarm-installaties. De meest gebruikte robot is de ABB IRB 6640, ideaal voor het lassen van wagentuigen.

Luchtvaartindustrie

Net als in de auto-industrie vereist vliegtuigproductie veel robotkracht. De stijgende vraag naar luchtvaart vereist snellere productie. Industriële robots zijn het antwoord: ze zijn sneller en programmeerbaar voor elke taak. Toepassingen als motoronderdelen schilderen, afdichten, boren en lassen worden door geautomatiseerde machines uitgevoerd.

Elektronica-industrie

Elektronica is onmisbaar in ons leven. De productie omvat veel onderdelen waarvan assemblage door mensen foutgevoelig is. Industriële robots worden zwaar ingezet bij elektronicafabricatie omdat ze beter omgaan met kleine, gevoelige onderdelen. Het gebruik van cleanroom-robots heeft de kwaliteit sterk verbeterd door stofcontact tijdens assemblage te voorkomen.

Voedingsmiddelenindustrie

Voedselverpakking wordt nu uitsluitend door robots gedaan. In sommige sectoren is het zelfs vereist om robots in te zetten voor deze gevoelige taak. Voordelen: minder kans op besmetting door precisie en snelheid. Portioneren en afmeten is een kenmerk van robotische voedselverwerking geworden.

Medische en Farmaceutische Industrie

Sorteren, flessen, doseren en inspecteren van medicijnen is nu een voorrecht van industriële robots. Robots meten de exacte hoeveelheid medicijnen tot op de laatste milligram. Ze hebben het hanteren van geneesmiddelen verbeterd, met minder verspilling en besmetting.

Gevoelige medische hulpmiddelen zoals chirurgische instrumenten worden nu met medische robots op exacte maat geproduceerd. Wanneer medische tools gecompromitteerd zijn, wordt het voor artsen moeilijker om patiënten goed te behandelen.

Hoeveel Kost Een Robotarm?

Robots waren vroeger duurder dan nu. Massaproductie heeft de prijzen iets gedrukt, maar ze blijven aan de hogere kant van het budget. Op de huidige markt is de gemiddelde industriële robotprijs ongeveer $25.000, maar kan stijgen tot boven $400.000 afhankelijk van model en grootte.

Een robotarmprijs stijgt verder bij toevoeging van randapparatuur en extra functies. Toepassingsspecifieke toevoegingen zoals botsingssensoren en veiligheidskooien – een noodzaak – kunnen de initiële prijs verdubbelen.

Als koper kies je tussen een nieuwe robot of een goedkope industriële robotarm die al gebruikt is. Voordeel van tweedehands: kostenbesparing, hoewel je kleine problemen kunt tegenkomen.

De Beste Programmeerbare Robotarmen van 2020

Naarmate het gebruik van robotarmen in alle sectoren toeneemt, worden modellen ontwikkeld voor toepassingsspecifieke taken. Hieronder de beste programmeerbare industriële robotarmen van 2020.

DOBOT Magician Educatieve Programmeerrobot

Deze robotarm is ontworpen voor multitasking: 3D-printen, lasergraveren, pick-and-place, tekenen en schrijven. Uitgerust met meer dan 20 programmeertalen, maar simpel genoeg voor beginners.

LewanSoul LeArm 6DOF Full Metal Robotarm

Deze arm wordt aangedreven door een servo voor flexibele beweging. Het heeft een metalen klauw die zware lasten in elke richting kan hanteren. Besturing kan draadloos en via smartphone.

QJRB800-1 Robotarm

Deze robotarm, geproduceerd door EVS, heeft een maximale nettolading van ongeveer 1700 pond. Het totale gewicht van de robot met alle onderdelen is ongeveer 5600 pond, wat een zeer stabiele basis biedt voor zware heftaken in de productie.

Owi Robotarm Edge

Deze robotarm heeft vijf gewrichten bestuurd door een bedrade 5-schakelaar-controller voor afstandsbediening. Kan gevoed worden met D-batterijen of AC-stroom. Basisdraaiing van 270° en verlengde levensduur van de tandwielkast.

Hoe Kies Je Industriële Robotarmen?

Bij het kiezen van een robotarm zijn er factoren die je moet overwegen:

Toepassing

Niet elke robotarm is geschikt voor elke taak. Elke arm is ontworpen voor een specifieke toepassing. Een schildrobotarm kan niet polijsten en vice versa, tenzij het een multi-purpose arm is.

Nuttige Last (Payload)

Payload verwijst naar de maximale last die de robotarm kan hanteren. Bij zware lasten zoals industriële verpakking heb je een grote robotarm nodig die zware lasten kan tillen met eenvoudige pick-and-place automatisering.

Vrijheidsgraden (Degree of Freedom)

De bewegingsvrijheid hangt af van het aantal assen. Meer assen betekent meer flexibiliteit. Grotere robotarmen vereisen meer assen omdat het meer inspanning kost om te draaien.

Snelheid

Bij herhalende taken is een hogesnelheidsrobotarm het beste, zoals een gegelenkte robot. Sommige armen bieden instelbare snelheid via de controller.

Kosten

Je krijgt wat je kunt betalen. Bij hoog-volume productie heb je meerdere armen nodig, wat duur is. Voor thuisgebruik is een laagkostende robotarm voldoende.

Conclusie

Industriële robottechnologie wordt onmisbaarder met de tijd. De productieindustrie is feitelijk klaar met menselijke arbeid. Het overgebleven menselijk werk is beperkt tot onderhoud en bediening van robots. In de toekomst zullen robots standaard zijn in alle industrieën wereldwijd.