So arbeitet ein SCARA-Roboter mit seinen vier Achsen

SCARA-Roboter sind vierachsige Industrieroboter. Sie eignen sich für schnelle Montage und Pick-and-Place auf engem Raum. Die Abkürzung steht für Selective Compliance Assembly Robot Arm. Der Arm gibt in der Horizontalebene nach und bleibt in der Vertikalen starr. Genau diese Kombination macht ihn zum Spezialisten für Fügeprozesse mit Kleinteilen. Dieser Beitrag zerlegt Aufbau, Achsen und Arbeitsraum. Er stellt SCARA gegen 6-Achs-, Delta- und kollaborative Roboter und nennt die passenden Hersteller.

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Was ist ein SCARA-Roboter und wofür steht die Abkürzung?

SCARA-Roboter sind Industrieroboter mit 4 Achsen. Der Name steht für Selective Compliance Assembly Robot Arm. Übersetzt heißt das ein Montagearm mit gezielter Nachgiebigkeit. Er bewegt sich schnell in der Horizontalebene. Vertikal arbeitet er von oben in ein Werkstück hinein.

Der Robotertyp geht auf Hiroshi Makino an der Universität Yamanashi zurück. Er entwickelte das Konzept 1978. Der erste kommerzielle SCARA-Roboter kam 1981 auf den Markt. Er war für die Kleinteilmontage in der japanischen Elektronikfertigung ausgelegt. Im Deutschen heißt der SCARA-Roboter auch horizontaler Knickarmroboter oder horizontaler Gelenkarmroboter. Denn seine beiden Hauptgelenke schwenken wie ein Ellbogen in einer Ebene.

Die zweite gängige Auflösung lautet Selective Compliance Articulated Robot Arm. Beide Varianten meinen dasselbe Prinzip. Der Arm bleibt nachgiebig, wo Toleranzausgleich hilft. Er bleibt starr, wo Kraft und Genauigkeit zählen. SCARA-Roboter zählen damit zu den meistverkauften Industrierobotern in der Elektronik- und Kleinteilmontage.

Aufbau und die vier Achsen eines SCARA-Roboters

SCARA-Roboter bestehen aus 3 rotatorischen und 1 linearen Achse. Zusammen sind das 4 Freiheitsgrade (Degrees of Freedom, DOF). Zwei Drehgelenke bewegen den Arm in der Horizontalebene. Eine lineare Achse hebt und senkt das Werkzeug. Eine vierte Achse dreht es um die Hochachse.

Die vier Achsen im Detail:

Die beiden Drehgelenke sitzen auf parallelen, senkrechten Rotationsachsen. Dadurch bleibt die Werkzeugwelle immer lotrecht. Der Arm fährt derweil den Zielpunkt an. Achse 3 und Achse 4 sind meist in einer Kugelgewinde-Spline-Welle kombiniert. Dieselbe Welle hebt das Werkzeug und dreht es. Der Tool Center Point (TCP) ist der Arbeitspunkt am Werkzeug. Er folgt so einer klar definierten Bahn in einer festen Höhe. SCARA-Roboter erreichen genau deshalb kurze Taktzeiten. Die schweren Antriebe sitzen im Sockel und in den Gelenken. Nur eine leichte Welle führt die Vertikalbewegung aus.

Der nierenförmige Arbeitsraum eines SCARA-Roboters

SCARA-Roboter bedienen einen nierenförmigen Arbeitsraum. Der Vertikalhub ist kurz und liegt bei 100 bis 400 Millimetern. In der Draufsicht bildet die Reichweite der beiden Armsegmente eine gebogene, nierenähnliche Fläche. Die kurze vertikale Z-Bewegung macht daraus rund um den Sockel einen flachen Zylinderausschnitt.

Die Form entsteht aus der Kinematik. Der Arm erreicht Punkte direkt vor dem Sockel schlecht. Dort lassen sich die beiden Segmente kaum sinnvoll anwinkeln. Nach außen begrenzt die Summe beider Armlängen die Reichweite. Zwischen diesen Grenzen liegt der nutzbare Bereich als gebogenes Band. Der vertikale Hub der Z-Achse bleibt bewusst kurz. Er richtet sich nach der Baugröße.

SCARA-Roboter arbeiten damit flächig statt räumlich. Wer Bestückstation, Förderband und Ablage in einer Höhe anordnet, nutzt den Arbeitsraum optimal. Genau deshalb sitzen SCARA-Roboter fast immer über der Arbeitsfläche. Sie greifen von oben nach unten. Der nierenförmige Arbeitsraum hält Layouts kompakt und in einer Ebene.

Selective Compliance: nachgiebig in X und Y, starr in Z

Selective Compliance bedeutet gerichtete Nachgiebigkeit in genau 2 Ebenen. Ein SCARA-Roboter gibt in der Horizontalebene (X und Y) gezielt nach. In der Vertikalen (Z) bleibt er steif. Diese Richtungsabhängigkeit gab dem Robotertyp seinen Namen. Sie ist sein wichtigster funktionaler Vorteil.

Der Nutzen zeigt sich beim Fügen. Ein SCARA-Roboter setzt einen Stift in eine Bohrung oder ein Bauteil in eine Aufnahme. Die horizontale Nachgiebigkeit gleicht dabei kleine Lagefehler aus. Das Teil rutscht über die Fase in die Zielposition, statt zu verkanten. In der Z-Achse presst der starre Arm mit voller Kraft nach unten, ohne seitlich auszuweichen. Diese Eigenschaft macht SCARA-Roboter zu präzisen Fügewerkzeugen für Steckverbindungen, Schraubprozesse und Press-Fits.

Ein 6-Achs-Roboter muss denselben Toleranzausgleich über Sensorik und Software regeln. Der SCARA-Roboter liefert ihn mechanisch mit, ohne zusätzliche Kraftregelung. Selective Compliance ist damit kein Marketingbegriff. Es ist eine konstruktiv eingebaute Eigenschaft: weich quer zur Fügerichtung, hart entlang der Fügerichtung.

SCARA-Roboter im Vergleich zu 6-Achs-, Delta- und kollaborativen Robotern

SCARA-Roboter, 6-Achs-Roboter, Delta-Roboter und Cobots unterscheiden sich in Achszahl, Arbeitsraum und Stärke. SCARA ist der Spezialist für schnelle Fügeprozesse in einer Ebene. Der 6-Achs-Roboter ist der Allrounder für beliebige Orientierungen. Der Delta-Roboter greift leichte Teile im High-Speed-Tempo. Der Cobot arbeitet als Partner direkt neben dem Menschen.

SCARA-Roboter schlagen den 6-Achs-Roboter beim reinen Durchsatz in der Ebene. Sie verlieren aber, sobald ein Teil aus mehreren Winkeln bearbeitet oder gekippt werden muss. Gegen den Delta-Roboter gewinnt der SCARA bei höherer Traglast und beim eigentlichen Fügen. Gegen den Cobot gewinnt er bei Tempo und Wiederholgenauigkeit. Steht die Typ-Entscheidung, folgt die Frage nach dem Aufbau der Zelle. Wie du dafür den passenden Partner findest, zeigt der Beitrag So findest du den richtigen Systemintegrator. Wer die Hintergründe zu kollaborativen Robotern sucht, findet sie im Überblick Was ist ein Cobot? Vorteile, Nachteile und Kosten.

Vorteile und Grenzen von SCARA-Robotern

SCARA-Roboter bieten hohe Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeiten von ±0,01 bis ±0,02 Millimetern und eine einfache, günstige Konstruktion. Ihre Grenze liegt im flachen Arbeitsraum. Für räumlich komplexe Aufgaben mit vielen Anstellwinkeln sind sie die falsche Wahl.

Die Stärken im Überblick:

• Tempo: kurze Taktzeiten, weil nur eine leichte Welle die Vertikalbewegung ausführt und die schweren Antriebe im Sockel sitzen.
• Genauigkeit: Wiederholgenauigkeiten von 10 bis 20 Mikrometern, ideal für Kleinteile.
• Kosten: die vierachsige Bauweise ist einfacher als ein 6-Achs-Gelenk und daher in Anschaffung und Wartung günstiger.
• Steifigkeit: hohe Kraft in Z für sichere Fügeprozesse.
• Fußabdruck: kompakter Sockel, leicht über der Arbeitsfläche zu montieren.

Die Grenzen sind ebenso klar. SCARA-Roboter haben nur einen kurzen Vertikalhub und keine freie Werkzeugorientierung. Denn die Werkzeugwelle bleibt stets lotrecht. Schräge Anfahrwinkel, das Kippen von Bauteilen oder große Höhenunterschiede verlangen einen 6-Achs-Roboter oder einen Cobot. Auch die direkte Zusammenarbeit mit Menschen ohne trennende Schutzeinrichtung ist nicht die Domäne des SCARA. SCARA-Roboter sind Spezialisten, keine Allrounder. Genau darin liegt ihr Wert.

Typische Anwendungen von der Montage bis zum Dosieren

SCARA-Roboter automatisieren vier Kernprozesse: Montage, Pick-and-Place, Verpacken und Dosieren. In allen Fällen geht es um schnelle, präzise und wiederholbare Bewegungen mit Kleinteilen in einer definierten Höhe.

• Montage: SCARA-Roboter setzen Schrauben, fügen Stifte, stecken Steckverbinder und bauen kleine Baugruppen zusammen. Die horizontale Nachgiebigkeit sorgt für sauberes Fügen ohne Verkanten.
• Pick-and-Place: SCARA-Roboter nehmen Teile von einem Förderband auf und legen sie in Nester, Trays oder auf ein weiteres Transportsystem. Passende Werkzeuge liefert der Beitrag welche Arten von Endeffektoren es gibt.
• Verpacken: SCARA-Roboter legen Produkte in Kartons oder Blister und lassen sich mit Sensorik zur Form- und Lageerkennung kombinieren.
• Dosieren: SCARA-Roboter tragen Kleber, Dichtmittel oder Flüssigkeiten in exakten Mengen und Bahnen auf, häufig in der Pharma- und Chemieindustrie.

Die Zielbranchen reichen über die Elektronikindustrie hinaus. SCARA-Roboter arbeiten in der Medizintechnik und im Labor, in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion, in der Pharma und in der Kunststoffverarbeitung. Überall dort, wo viele gleichartige Teile schnell und genau gehandhabt werden, spielt der SCARA seine Stärken aus. Wer den passenden Greifer sucht, findet Orientierung im Beitrag was ein guter Robotergreifer kostet.

SCARA-Roboter Hersteller im Vergleich

SCARA-Roboter kommen überwiegend von japanischen und europäischen Herstellern. 8 Anbieter prägen den Markt: DENSO, OMRON, FANUC, Epson, Yamaha, Stäubli, ABB und Mitsubishi Electric. Die Baureihen unterscheiden sich vor allem in Reichweite, Traglast und Taktzeit.

Bei der Auswahl zählen weniger der Markenname als die harten Kennzahlen. Wichtig sind Reichweite, maximale Traglast am TCP, geforderte Wiederholgenauigkeit und Standard-Zykluszeit. Ein typischer SCARA-Zyklus fährt 25 Millimeter hoch, 300 Millimeter horizontal, 25 Millimeter runter und zurück. Bei modernen Modellen liegt er bei 0,3 bis 0,5 Sekunden. SCARA-Modelle von Epson und Dobot stehen mit sichtbaren Preisen im Industrieroboter-Sortiment des Unchained Marketplace.

Wann sich ein SCARA-Roboter lohnt und wann ein Cobot passt

SCARA-Roboter lohnen sich bei hohem Durchsatz, Kleinteilen und Fügeprozessen in einer Ebene. Ein Cobot ist die bessere Wahl, sobald direkte Zusammenarbeit mit Menschen, flexible Anfahrwinkel oder häufige Umrüstungen im Vordergrund stehen.

Die Entscheidung folgt einer klaren Logik. Liegen Aufnahme, Bearbeitung und Ablage in einer Höhe, ist der SCARA-Roboter meist die schnellere und günstigere Lösung. Das gilt, wenn die Zelle hinter einer Schutzeinrichtung läuft. Muss der Roboter Bauteile kippen, aus mehreren Winkeln fügen oder direkt neben Menschen arbeiten, spielt der Cobot seine Flexibilität aus. Das gilt auch, wenn er oft neue Aufgaben übernimmt.

SCARA-Roboter und Cobots schließen sich nicht aus. Sie decken unterschiedliche Anforderungen ab. Wer den Durchsatz einer Montagelinie maximieren will, greift zum SCARA. Wer eine anpassungsfähige, kollaborative Zelle braucht, prüft kollaborative Roboter im Cobot-Sortiment. Grundlagen zur High-Speed-Zuführung liefert außerdem der Beitrag Bin Picking und zwei mögliche Lösungen.

Häufige Fragen

Wofür steht die Abkürzung SCARA?

SCARA steht für Selective Compliance Assembly Robot Arm, gelegentlich auch für Selective Compliance Articulated Robot Arm. Beide Varianten beschreiben denselben Kern. Es ist ein Montagearm, der in der Horizontalebene gezielt nachgibt und in der Vertikalen starr bleibt. Im Deutschen heißt er auch horizontaler Knickarmroboter.

Wie viele Achsen hat ein SCARA-Roboter?

Ein SCARA-Roboter hat vier Achsen, also vier Freiheitsgrade. Drei davon sind rotatorisch (zwei Drehgelenke für die Horizontalebene plus eine Werkzeugdrehung), eine ist linear für die vertikale Auf- und Abbewegung. Die beiden Drehgelenke sitzen auf parallelen senkrechten Achsen. So bleibt die Werkzeugwelle immer lotrecht.

Was ist der Unterschied zwischen einem SCARA- und einem 6-Achs-Roboter?

Ein SCARA-Roboter hat vier Achsen und arbeitet flächig in einer Ebene. Ein 6-Achs-Roboter hat sechs Achsen und erreicht jede Position aus nahezu jedem Winkel. SCARA ist schneller und günstiger bei Fügeprozessen in einer Höhe. Der 6-Achs-Roboter ist flexibler bei räumlich komplexen Aufgaben und kippenden Bauteilen.

Wie sieht der Arbeitsraum eines SCARA-Roboters aus?

Der Arbeitsraum eines SCARA-Roboters ist nierenförmig. In der Draufsicht ergibt sich aus der Reichweite beider Armsegmente eine gebogene Fläche um den Sockel. Durch den kurzen vertikalen Hub der Z-Achse (typisch 100 bis 400 Millimeter) wird daraus ein flacher, gebogener Arbeitsbereich.

Welche Traglast und Wiederholgenauigkeit erreichen SCARA-Roboter?

SCARA-Roboter tragen typisch zwischen 1 und 20 Kilogramm. Gängige Modelle liegen bei 3 bis 6 Kilogramm. Die Wiederholgenauigkeit erreicht ±0,01 bis ±0,02 Millimeter, also 10 bis 20 Mikrometer. Damit eignen sie sich für die präzise Handhabung kleiner Bauteile in der Elektronik und Feinmontage.

Welche Hersteller bauen SCARA-Roboter?

SCARA-Roboter bauen unter anderem DENSO, OMRON, FANUC, Epson, Yamaha und Stäubli sowie ABB und Mitsubishi Electric. Die Baureihen unterscheiden sich in Reichweite, Traglast und Taktzeit. Für die Auswahl zählen die geforderte Reichweite, die Traglast am TCP und die Wiederholgenauigkeit stärker als die Marke.

Wo werden SCARA-Roboter typischerweise eingesetzt?

SCARA-Roboter übernehmen Montage, Pick-and-Place, Verpacken und Dosieren. Zielbranchen sind die Elektronikindustrie, die Pharma und Chemie, die Medizintechnik und das Labor sowie die Lebensmittel- und Getränkeproduktion. Überall dort geht es um schnelle, wiederholbare Bewegungen mit Kleinteilen.

Wann ist ein Cobot die bessere Wahl als ein SCARA-Roboter?

Ein Cobot ist in drei Fällen die bessere Wahl. Erstens, wenn ein Roboter direkt neben Menschen arbeiten soll, gesichert allein durch Kraftbegrenzung statt Zaun. Zweitens, wenn flexible Anfahrwinkel oder das Kippen von Bauteilen gefragt sind. Drittens, wenn die Zelle häufig auf neue Aufgaben umgerüstet wird. Für maximalen Durchsatz bei Fügeprozessen in einer Ebene bleibt der SCARA-Roboter überlegen.