世界初産業用ロボット1962年、アメリカで生まれたアメリカ人エンジニア、ジョージ・チャールズ・デボル・ジュニアは、「ティーチングとプレイバックによって自動化に柔軟に対応できるロボット」を考案しました。彼のアイデアは、「ロボットの父」として知られる起業家、ジョセフ・フレデリック・エンゲルバーガーの心に火をつけ、産業用ロボット「ユニメイト（＝万能な仕事のパートナー）」という愛称で親しまれるブランドが誕生しました。
ISO 8373によれば、産業用ロボットとは、産業分野で使用される多関節マニピュレータまたは多自由度ロボットを指します。産業用ロボットは、作業を自動的に実行する機械装置であり、自身の動力と制御能力によって様々な機能を実現する機械です。人間の指示を受け入れることも、事前にプログラムされたプログラムに従って動作することもできます。現代の産業用ロボットは、人工知能技術によって策定された原理とガイドラインに従って動作することもできます。
産業用ロボットの代表的な用途には、溶接、塗装、組み立て、収集と配置（梱包、パレタイジング、SMTなど）、製品の検査とテストなどがあり、すべての作業は効率、耐久性、速度、精度をもって完了します。
最も一般的に使用されるロボット構成は、多関節ロボット、スカラ ロボット、デルタ ロボット、および直交ロボット (オーバーヘッド ロボットまたは XYZ ロボット) です。 ロボットの自律性はさまざまです。一部のロボットは特定の動作 (反復動作) を忠実に、変化なく、高精度で繰り返し実行するようにプログラムされています。これらの動作は、一連の協調動作の方向、加速度、速度、減速、距離を指定するプログラム ルーチンによって決定されます。他のロボットはより柔軟性が高く、物体の位置や物体に対して実行するタスクを識別する必要がある場合があります。たとえば、より正確なガイダンスを実現するために、ロボットには多くの場合、強力なコンピューターやコントローラーに接続された視覚センサーとしてマシン ビジョン サブシステムが搭載されています。 人工知能 (または人工知能と間違われるもの) は、現代の産業用ロボットにおいてますます重要な要素になりつつあります。
ジョージ・デボルは1954年に産業用ロボットの概念を初めて提唱し、特許を申請しました（特許は1961年に付与されました）。1956年、デボルとジョセフ・エンゲルバーガーは、デボルの最初の特許に基づいてユニメーション社を共同設立しました。1959年、ユニメーション初の産業用ロボットが米国で誕生し、ロボット開発の新時代の幕開けとなりました。ユニメーション社はその後、その技術を川崎重工業とGKNにライセンス供与し、それぞれ日本と英国でユニメート産業用ロボットを生産しました。一時期、ユニメーション社の唯一の競合相手は米国オハイオ州のシンシナティ・ミラクロン社でした。しかし、1970年代後半、日本の大手コングロマリット数社が同様の産業用ロボットを生産し始めたことで、この状況は根本的に変化しました。産業用ロボットはヨーロッパで急速に普及し、ABB RoboticsとKUKA Roboticsは1973年にロボットを市場に投入しました。1970年代後半にはロボットへの関心が高まり、ゼネラル・エレクトリックやゼネラル・モーターズ（日本のファナック・ロボティクスとの合弁会社はファナックによって設立されました）などの大企業を含む多くのアメリカ企業がこの分野に参入しました。アメリカの新興企業には、オートマティックスやアデプト・テクノロジーなどがありました。1984年のロボットブームの際、ユニメーションはウェスティングハウス・エレクトリックに1億700万ドルで買収されました。ウェスティングハウスは1988年にユニメーションをフランスのシュタウブリ・ファヴェルジュSCAに売却しました。同社は現在でも一般産業およびクリーンルーム用途の多関節ロボットを製造しており、2004年後半にはボッシュのロボット部門も買収しました。
パラメータの定義 編集 軸の数 – 平面上のどこにでも移動するには 2 つの軸が必要で、空間内のどこにでも移動するには 3 つの軸が必要です。エンド アーム (リスト) の向きを完全に制御するには、さらに 3 つの軸 (パン、ピッチ、ロール) が必要です。一部の設計 (SCARA ロボットなど) では、コスト、速度、精度のために動作が犠牲になっています。 自由度 – 通常は軸の数と同じです。 動作範囲 – ロボットが到達できる空間の領域。 運動学 – ロボットの剛体要素とジョイントの実際の構成。これによって、ロボットのすべての可能な動作が決定されます。ロボットの運動学の種類には、多関節型、カルダン型、平行型、SCARA などがあります。 容量または負荷容量 – ロボットが持ち上げることができる重量。 速度 – ロボットがエンド アームを所定の位置に配置できる速度。これは制限要因であり、ロボットは短い移動や頻繁に方向転換する複雑な経路を実行するときに最高速度に到達できない可能性があります。 精度 – ロボットが目的の位置にどれだけ近づくことができるか。精度は、ロボットの絶対位置が目的の位置からどれだけ離れているかとして測定されます。精度は、ビジョン システムや赤外線などの外部センシング デバイスを使用することで向上できます。 再現性 – ロボットがプログラムされた位置にどれだけ正確に戻るか。これは精度とは異なります。特定の XYZ 位置に移動するように指示されても、その位置から 1 mm 以内までしか移動しない場合があります。これは精度の問題であり、キャリブレーションで修正できます。ただし、その位置がティーチされてコントローラーのメモリに保存され、毎回ティーチされた位置から 0.1 mm 以内に戻る場合、その再現性は 0.1 mm 以内です。 精度と再現性は非常に異なる指標です。再現性は通常、ロボットにとって最も重要な仕様であり、測定における「精度」に似ています (精度と精密度に関して)。 ISO 9283[8]は、精度と再現性の測定方法を規定しています。通常、ロボットは教示位置に複数回送られ、その都度4つの別の位置に移動してから教示位置に戻り、誤差を測定します。再現性は、これらのサンプルの3次元における標準偏差として定量化されます。もちろん、一般的なロボットでは、再現性を超える位置誤差が発生する可能性があり、これはプログラミング上の問題である可能性があります。さらに、作業範囲の異なる部分では再現性が異なり、再現性は速度やペイロードによっても変化します。ISO 9283では、精度と再現性は最大速度と最大ペイロードで測定することを規定しています。しかし、ロボットの精度と再現性は、より軽い負荷と速度でより良好になるため、この規定では悲観的なデータが生成されます。産業プロセスにおける再現性は、ターミネータ（グリッパなど）の精度、さらには物体を掴むために使用されるグリッパの「フィンガー」の設計にも影響を受けます。例えば、ロボットがネジの頭をつかむ場合、ネジの角度はランダムになる可能性があります。その後、ねじをねじ穴に差し込もうとしても失敗する可能性が高くなります。このような状況は、穴の入り口をテーパー状（面取り）にするなどの「リードイン機能」によって改善できます。動作制御 – 単純なピックアンドプレース組立作業などのアプリケーションでは、ロボットは限られた数の事前に教示された位置の間を前後に移動するだけで済みます。溶接や塗装（スプレー塗装）などのより複雑なアプリケーションでは、指定された方向と速度で空間内のパスに沿って動きを継続的に制御する必要があります。動力源 – ロボットには電気モーターを使用するものもあれば、油圧アクチュエータを使用するものもあります。前者はより高速で、後者はより強力で、火花が爆発を引き起こす可能性のある塗装などのアプリケーションに役立ちます。ただし、アーム内の低圧空気は可燃性蒸気やその他の汚染物質の侵入を防ぎます。駆動 – モーターをギアを介してジョイントに接続するロボットもあれば、モーターを直接ジョイントに接続（ダイレクトドライブ）するロボットもあります。ギアを使用すると、測定可能な「バックラッシュ」、つまり軸の自由な動きが生じます。小型ロボットアームでは、高速・低トルクのDCモーターが使用されることが多く、通常、高いギア比が必要になりますが、これにはバックラッシュという欠点があり、そのような場合にはハーモニックギア減速機が代わりに使用されることが多いです。コンプライアンス - これは、ロボットの軸に加えられた力が移動できる角度または距離の量の尺度です。コンプライアンスにより、ロボットは最大積載量を搭載しているときの方が、積載量がないときよりもわずかに低くなります。コンプライアンスは、高積載量で加速を低下させる必要がある状況におけるオーバーラン量にも影響します。
投稿日時: 2024年11月15日
