Industrieroboter-Arten: Knickarm, SCARA, Delta & Portal im Vergleich

Was sind Industrieroboter-Arten? Definition und Klassifikation

Industrieroboter-Arten sind Klassifikationen von Industrierobotern nach ihrer kinematischen Bauform, also der Anordnung und Art ihrer Bewegungsachsen, die den Arbeitsraum, die Traglast und die Eignung für bestimmte Fertigungsaufgaben bestimmen.

Die Kinematik beschreibt, wie viele Freiheitsgrade ein Roboter besitzt und ob die Achsen rotatorisch (drehend) oder translatorisch (linear verschiebend) arbeiten. Diese Bauform entscheidet über den Arbeitsraum – kugelförmig bei Knickarmrobotern, zylindrisch bei SCARA-Robotern, kegelförmig bei Delta-Robotern oder quaderförmig bei Portalrobotern.

Eine klare Abgrenzung ist wichtig: Die Bauform nach Kinematik ist nicht identisch mit dem Sicherheitskonzept. Ein Cobot (kollaborierender Roboter) ist keine eigene kinematische Bauform, sondern ein Knickarmroboter mit zusätzlichen Sicherheitsfunktionen für die Zusammenarbeit mit Menschen ohne trennende Schutzzäune.

Die wichtigsten Industrieroboter-Arten nach Kinematik sind:

• Knickarmroboter (Vertikalknickarmroboter, 6-Achs-Roboter)
• SCARA-Roboter (Selective Compliance Assembly Robot Arm)
• Delta-Roboter (Parallelkinematik, Tripod)
• Portalroboter (kartesische Roboter, Linearroboter)
• Polar- und Zylindrisch-Roboter (heute selten eingesetzt)

Laut Springer Professional sind Vertikalknickarmroboter die vorherrschende Bauform in der industriellen Fertigung.

Knickarmroboter (Vertikalknickarm, 6-Achs-Roboter)

Knickarmroboter haben 6 rotatorische Achsen und einen kugelförmigen Arbeitsraum – sie sind die flexibelste Industrieroboter-Art und eignen sich für Schweißen, Lackieren und Handling schwerer Teile.

Die Kinematik ähnelt einem menschlichen Arm: Schulter, Ellbogen und Handgelenk ermöglichen Bewegungen in allen Raumrichtungen. Die Reichweite liegt typischerweise im Bereich von unter einem Meter bis über drei Meter, die Traglast von wenigen Kilogramm bis über eine Tonne.

Knickarmroboter Anwendung: Wo sie eingesetzt werden

Knickarmroboter dominieren in Anwendungen, die hohe Flexibilität oder große Traglasten erfordern:

• Schweißen: Punktschweißen und Lichtbogenschweißen in der Automobilindustrie
• Lackieren: Komplexe Bauteilgeometrien mit wechselnden Orientierungen
• Palettieren: Handling schwerer Kartons, Säcke oder Bauteile
• Maschinenbestückung: Be- und Entladung von Werkzeugmaschinen, Pressen oder Spritzgussanlagen

Vorteile:

• Höchste Flexibilität durch 6 Freiheitsgrade
• Große Reichweite und hohe Traglast
• Vielseitig programmierbar für wechselnde Aufgaben

Nachteile:

• Komplexere Programmierung als bei SCARA- oder Portalrobotern
• Höherer Platzbedarf durch kugelförmigen Arbeitsraum
• Mittlere Geschwindigkeit im Vergleich zu Delta- oder SCARA-Robotern

SCARA-Roboter (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

SCARA-Roboter haben 4 Achsen (3 rotatorisch, 1 translatorisch vertikal) und sind steif in der Z-Achse, aber flexibel in der Ebene – ideal für schnelle Montage- und Bestückungsaufgaben.

Der Name beschreibt die Funktionsweise: Selective Compliance bedeutet, dass der Roboter in der horizontalen Ebene nachgiebig ist, vertikal aber steif bleibt. Der Arbeitsraum ist zylindrisch, die Traglast liegt je nach Modell typischerweise im Bereich von wenigen Kilogramm bis etwa 20 Kilogramm.

SCARA-Roboter Vorteile: Geschwindigkeit und Präzision

SCARA-Roboter sind die erste Wahl für ebene Arbeitsfelder mit hohen Taktanforderungen:

• Montage: Einsetzen von Bauteilen, Schrauben oder Steckverbindungen in der Elektronikfertigung
• Bestückung: Pick-and-Place von Leiterplatten, Displays oder Kleinteilen
• Dosieren: Auftragen von Klebstoffen, Dichtmassen oder Lotpaste

Vorteile:

• Sehr schnell: Taktzeiten unter 1 Sekunde möglich
• Hohe Wiederholgenauigkeit im Hundertstel-Millimeter-Bereich
• Kompakte Bauweise, geringer Platzbedarf
• Einfache Programmierung durch ebene Kinematik

Nachteile:

• Eingeschränkte Beweglichkeit: keine freie Orientierung des Endeffektors
• Nur für ebene Arbeitsfelder geeignet
• Geringe Traglast im Vergleich zu Knickarm- oder Portalrobotern

Delta-Roboter (Parallelkinematik, Tripod)

Delta-Roboter gehören zu den schnellsten Industrierobotern und erreichen je nach Modell über 100 Picks pro Minute – ihre Parallelkinematik mit drei Armen an fester Basis minimiert bewegte Massen.

Die Motoren sitzen an der oberen Basis, nur leichte Arme und der Endeffektor bewegen sich. Der Arbeitsraum ist kegelförmig nach unten gerichtet, die Traglast liegt typischerweise im Bereich von wenigen hundert Gramm bis etwa 5 Kilogramm.

Delta-Roboter Geschwindigkeit: Warum sie so schnell sind

Die Parallelkinematik ermöglicht extrem hohe Beschleunigungen, weil die schweren Motoren nicht mitbewegt werden müssen. Delta-Roboter eignen sich für:

• Sortieren: Trennen von Bauteilen nach Qualität oder Typ in der Elektronikfertigung
• Verpacken: Einlegen von Produkten in Kartons, Blister oder Trays
• Lebensmittelindustrie: Handling von Backwaren, Süßwaren oder Obst
• Pharma: Abfüllen, Etikettieren oder Verpacken von Medikamenten

Vorteile:

• Höchste Geschwindigkeit unter den Industrierobotern
• Sehr präzise trotz hoher Dynamik
• Hygienische Bauweise (Edelstahl, glatte Oberflächen)
• Geringer Energieverbrauch

Nachteile:

• Geringe Traglast (typischerweise maximal 5 Kilogramm)
• Begrenzter Arbeitsraum (kegelförmig)
• Keine Orientierung schwerer Werkzeuge möglich

Portalroboter (kartesische Roboter, Linearroboter)

Portalroboter haben 3 lineare Achsen (X, Y, Z) und einen quaderförmigen Arbeitsraum – sie eignen sich für große Arbeitsräume und hohe Traglasten.

Die kartesische Kinematik arbeitet mit drei translatorischen Achsen, oft als Portalkonstruktion über der Maschine oder Fertigungslinie aufgebaut. Der Arbeitsraum ist sehr gut skalierbar, die Traglast reicht je nach Ausführung von wenigen Kilogramm bis über 1.000 Kilogramm.

Portalroboter Traglast: Wann sie die richtige Wahl sind

Portalroboter sollten eingesetzt werden, wenn große Arbeitsräume, hohe Traglasten oder hohe Steifigkeit gefordert sind und ausreichend Platz vorhanden ist:

• Maschinenbe- und -entladung: Spritzgussmaschinen, Pressen oder Werkzeugmaschinen
• Handling großer Bauteile: Karosserieteile, Windkraftflügel oder Stahlträger
• Palettieren: Schwere Säcke, Fässer oder Gitterboxen
• Montage: Fügen großer Baugruppen in der Luft- und Raumfahrt

Vorteile:

• Große Arbeitsräume (mehrere Meter in jeder Achse)
• Hohe Steifigkeit und Traglast
• Einfache Kinematik, leicht zu programmieren
• Präzise Positionierung durch lineare Achsen

Nachteile:

• Hoher Platzbedarf (Portalkonstruktion)
• Aufwendige Mechanik und Installation
• Geringere Flexibilität als Knickarmroboter
• Höhere Anschaffungskosten bei großen Arbeitsräumen

Weitere Bauformen: Polar- und Zylindrisch-Roboter

Polar- und Zylindrisch-Roboter sind heute selten eingesetzt und wurden meist durch Knickarm- oder Portalroboter ersetzt.

Polarroboter haben 2 rotatorische und 1 translatorische Achse. Der Arbeitsraum ist kugelförmig, ähnlich wie bei Knickarmrobotern, aber mit weniger Freiheitsgraden. Historisch wurden sie im Spritzguss und Druckguss eingesetzt.

Zylindrisch-Roboter haben 1 rotatorische und 2 translatorische Achsen. Der Arbeitsraum ist zylindrisch. Sie wurden früher für einfache Handhabungsaufgaben genutzt, sind aber heute durch flexiblere Bauformen verdrängt.

Beide Bauformen spielen im aktuellen Markt nur noch eine Nischenrolle.

Cobots: Sicherheitskonzept, nicht Bauform

Ein Cobot ist keine eigene Roboter-Art nach Kinematik, sondern ein Sicherheitskonzept: Cobots sind meist Knickarmroboter mit 6 Achsen, die durch Kraftbegrenzung und Sensorik für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen ohne Schutzzaun ausgelegt sind.

Die Abgrenzung zwischen Cobot und klassischem Industrieroboter erfolgt nicht über die Bauform, sondern über Sicherheitsfunktionen:

• Kraftbegrenzung: Der Roboter stoppt bei Kontakt mit Menschen oder Hindernissen
• Geschwindigkeitsüberwachung: Reduzierte Arbeitsgeschwindigkeit in Kollaborationszonen
• Abgerundete Bauweise: Keine scharfen Kanten oder Quetschstellen
• Sensorik: Kraft-Momenten-Sensoren oder Haut-Sensoren zur Kollisionserkennung

Laut Fruitcore Robotics arbeiten klassische Industrieroboter nicht unmittelbar Hand-in-Hand mit dem Menschen ohne trennende Schutzzäune, während Cobots genau dafür ausgelegt sind.

Cobot vs Industrieroboter Bauform: Die Unterschiede

Die meisten Cobots sind kinematisch identisch mit Knickarmrobotern (6 rotatorische Achsen), seltener gibt es SCARA-Cobots. Die Traglast und Reichweite variieren je nach Modell.

Typische Cobot-Anwendungen:

• Montage mit wechselnden Produktvarianten
• Qualitätsprüfung und Messaufgaben
• Maschinenbestückung in kleinen Losgrößen
• Verpacken und Kommissionieren

Cobots sind flexibel einsetzbar, aber langsamer und weniger tragfähig als klassische Industrieroboter derselben Bauform.

Vergleich: Welcher Robotertyp für welche Aufgabe?

Die Wahl der richtigen Industrieroboter-Art hängt von fünf Entscheidungskriterien ab: Traglast, Reichweite, Taktzeit, Platzbedarf und Flexibilität.

Tabelle: Robotertypen nach technischen Kennwerten

Tabelle: Anwendung → empfohlener Robotertyp

Entscheidungshilfe:

• Geringe Traglast, höchste Geschwindigkeit: Delta-Roboter
• Mittlere Traglast, ebene Montage: SCARA-Roboter
• Wechselnde Aufgaben, Mensch-Roboter-Kollaboration: Cobot
• Hohe Traglast oder große Arbeitsräume: Portalroboter
• Höchste Flexibilität, komplexe Raumlagen: Knickarmroboter

Marktverteilung und Hersteller

Knickarmroboter dominieren den Markt mit großem Abstand – laut Springer Professional sind Vertikalknickarmroboter die vorherrschende Bauform in der Industrierobotik.

Zu den führenden Herstellern gehören ABB, Epson und FANUC, die zusammen einen erheblichen Teil des globalen Marktes abdecken. Viele Hersteller sind auf bestimmte Bauformen spezialisiert: Epson gilt als führend bei SCARA-Robotern, ABB bietet ein breites Portfolio von Delta- bis Portalrobotern, FANUC konzentriert sich auf Knickarmroboter für Schweißen und Palettieren.

Portalroboter werden laut Springer Professional häufig zur Versorgung von Maschinen eingesetzt, Parallelroboter (Delta) vor allem in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.

Glossar: Wichtige Begriffe zur Industrieroboter-Kinematik

Kinematik: Lehre von der Bewegung von Körpern ohne Betrachtung der Kräfte. Bei Industrierobotern beschreibt die Kinematik die Anordnung und Art der Bewegungsachsen.

Freiheitsgrade: Anzahl unabhängiger Bewegungsmöglichkeiten. Ein 6-Achs-Roboter hat 6 Freiheitsgrade und kann jede Position und Orientierung im Raum erreichen.

Rotatorische Achse: Drehende Bewegung um eine Achse, typisch bei Knickarmrobotern.

Translatorische Achse: Lineare Verschiebung entlang einer Achse, typisch bei Portalrobotern.

Arbeitsraum: Der Bereich, den der Endeffektor des Roboters erreichen kann. Form und Größe hängen von der Kinematik ab.

Endeffektor: Werkzeug am Ende des Roboterarms (Greifer, Schweißbrenner, Lackierpistole etc.).

Parallelkinematik: Bauform, bei der mehrere Arme parallel arbeiten (z. B. Delta-Roboter). Vorteil: geringe bewegte Massen, hohe Geschwindigkeit.

Kartesisches System: Koordinatensystem mit drei rechtwinkligen Achsen (X, Y, Z), Grundlage für Portalroboter.

Traglast: Maximales Gewicht, das der Roboter am Endeffektor tragen kann, inklusive Werkzeug.

Taktzeit: Zeit für einen vollständigen Arbeitszyklus (z. B. Greifen, Bewegen, Ablegen).