ロボットアームは、現代の産業用ロボットの中で最も一般的なタイプのロボットです。人間の手や腕の特定の動きや機能を模倣し、固定されたプログラムによって物体をつかんだり、運んだり、特定のツールを操作したりすることができます。ロボット工学の分野で最も広く使用されている自動化装置です。形態は異なりますが、共通の特徴は、指示を受け入れ、3次元（2次元）空間の任意の点に正確に配置して操作を実行できることです。プログラミングを通じてさまざまな期待される操作を完了できることが特徴であり、その構造と性能は人間と機械の両方の利点を兼ね備えています。人間の重労働を代替して生産の機械化と自動化を実現し、危険な環境でも動作して人の安全を守ることができます。そのため、機械製造、電子工学、軽工業、原子力などで広く使用されています。
1.一般的なロボットアームは、主に本体、駆動機構、制御システムの3つの部分で構成されています。
（I）機械構造
1. ロボットアームの胴体は、装置全体の基本的な支持部分であり、通常は頑丈で耐久性のある金属材料で作られています。作業中にロボットアームによって生成されるさまざまな力とトルクに耐えられるだけでなく、他のコンポーネントの安定した設置位置を提供する必要があります。その設計では、バランス、安定性、および作業環境への適応性を考慮する必要があります。 2. アーム ロボットのアームは、さまざまな動作を実現するための重要な部分です。一連のコネクティングロッドとジョイントで構成されています。ジョイントの回転とコネクティングロッドの動きを通じて、アームは空間内で多自由度の動きを実現できます。ジョイントは通常、高精度モーター、減速機、または油圧駆動装置によって駆動され、アームの動きの精度と速度を保証します。同時に、アームの材料は、高速移動と重い物の運搬のニーズを満たすために、高強度と軽量の特性を持つ必要があります。 3. エンドエフェクタ ロボットアームが作業対象物に直接接触する部分であり、その機能は人間の手と似ています。エンドエフェクタには多くの種類があり、一般的なものとしてはグリッパ、吸盤、スプレーガンなどがあります。グリッパは対象物の形状やサイズに合わせてカスタマイズでき、様々な形状の物体を掴むために使用されます。吸盤は負圧の原理を利用して物体を吸着するため、平面の物体に適しています。スプレーガンは、スプレー塗装、溶接などの作業に使用できます。
（II）駆動システム
1. モーター駆動 モーターはロボットアームで最も一般的に使用される駆動方法の1つです。DCモーター、ACモーター、ステッピングモーターはすべて、ロボットアームの関節運動を駆動するために使用できます。モーター駆動は、高い制御精度、速い応答速度、広い速度調整範囲などの利点があります。モーターの速度と方向を制御することにより、ロボットアームの動作軌道を正確に制御できます。同時に、モーターはさまざまな減速機と組み合わせて使用することで、出力トルクを増加させ、重い物を運ぶ際のロボットアームのニーズを満たすこともできます。 2. 油圧駆動 油圧駆動は、大出力を必要とする一部のロボットアームで広く使用されています。油圧システムは、油圧ポンプを介して作動油を加圧し、油圧シリンダまたは油圧モーターを駆動して作動させ、ロボットアームの動きを実現します。油圧駆動は、高出力、速い応答速度、高い信頼性などの利点があり、一部の重いロボットアームや素早い動作が求められる場面に適しています。しかし、油圧システムには、漏れ、メンテナンスコストの高さ、作業環境に対する要求の高さといった欠点もあります。3. 空気圧駆動 空気圧駆動は、圧縮空気を動力源としてシリンダーなどのアクチュエータを駆動します。空気圧駆動は、構造がシンプルでコストが低く、高速という利点があり、パワーと精度がそれほど要求されない用途に適しています。ただし、空気圧システムのパワーは比較的小さく、制御精度も低く、圧縮空気源と関連する空気圧部品を装備する必要があります。
（III）制御システム
1. コントローラ コントローラはロボットアームの頭脳であり、各種指示を受信し、指示に従って駆動システムと機械構造の動作を制御します。コントローラは通常、マイクロプロセッサ、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、または専用のモーションコントロールチップを使用します。ロボットアームの位置、速度、加速度などのパラメータを正確に制御できるだけでなく、各種センサーからのフィードバック情報を処理して閉ループ制御を実現することもできます。コントローラは、グラフィカルプログラミング、テキストプログラミングなど、さまざまな方法でプログラミングできるため、ユーザーはさまざまなニーズに合わせてプログラミングとデバッグを行うことができます。 2. センサー センサーは、ロボットアームが外部環境と自身の状態を認識する上で重要な役割を果たします。位置センサーは、ロボットアームの各関節の位置をリアルタイムで監視し、ロボットアームの動作精度を確保します。力センサーは、ロボットアームが物体を掴む際の力を検出し、物体の滑りや損傷を防ぎます。視覚センサーは、作業対象を認識して位置を特定し、ロボットアームの知能レベルを向上させます。さらに、ロボットアームの動作状態や環境パラメータを監視するために使用される温度センサー、圧力センサーなどもあります。
2.ロボットアームの分類は、一般的に構造形態、駆動モード、応用分野によって分類されます。
（I）構造形態による分類
1. 直交座標ロボットアーム このロボットアームのアームは、直交座標系のX軸、Y軸、Z軸の3つの座標軸に沿って移動します。構造が簡単で、制御が簡単で、位置決め精度が高いなどの利点があり、いくつかの簡単なハンドリング、組み立て、加工作業に適しています。ただし、直交座標ロボットアームの作業空間は比較的狭く、柔軟性が低いという欠点があります。
2. 円筒座標ロボットアーム 円筒座標ロボットアームのアームは、1つの回転関節と2つの直線関節で構成され、その動作空間は円筒形です。コンパクトな構造、広い動作範囲、柔軟な動作などの利点があり、中程度の複雑さのタスクに適しています。ただし、円筒座標ロボットアームの位置決め精度は比較的低く、制御の難易度も比較的高くなります。
3. 球面座標ロボットアーム 球面座標ロボットアームのアームは、2つの回転関節と1つの直線関節で構成され、その動作空間は球面状です。柔軟な動作、広い動作範囲、複雑な作業環境への適応性などの利点があり、高精度と高い柔軟性が求められる一部の作業に適しています。ただし、球面座標ロボットアームの構造は複雑で、制御の難易度が高く、コストも高くなります。
4. 多関節ロボットアーム 多関節ロボットアームは人間の腕の構造を模倣し、複数の回転関節で構成されており、人間の腕と同様の様々な動作を実現できます。柔軟な動作、広い動作範囲、複雑な作業環境への適応能力などの利点があり、現在最も広く使用されているロボットアームのタイプです。
しかし、多関節ロボットアームの制御は難しく、高度なプログラミングおよびデバッグ技術が必要です。
（II）駆動モードによる分類
1. 電動ロボットアーム 電動ロボットアームは、駆動装置としてモーターを採用しており、制御精度が高く、応答速度が速く、騒音が少ないなどの利点があります。電子機器製造、医療機器などの業界など、精度と速度に対する要求が高い場合に適しています。 2. 油圧ロボットアーム 油圧ロボットアームは油圧駆動装置を採用しており、高出力、高信頼性、適応性が強いなどの利点があります。建設、鉱業などの業界など、一部の大型ロボットアームや大電力出力が必要な場合に適しています。 3. 空気圧ロボットアーム 空気圧ロボットアームは空気圧駆動装置を採用しており、構造がシンプルでコストが低く、高速などの利点があります。包装、印刷などの業界など、高出力と精度が要求されない場合に適しています。
（III）応用分野による分類
1. 産業用ロボットアーム 産業用ロボットアームは、主に自動車製造、電子製品製造、機械加工などの工業生産分野で使用されています。自動化された生産を実現し、生産効率と製品品質を向上させることができます。 2. サービス用ロボットアーム サービス用ロボットアームは、主に医療、ケータリング、ホームサービスなどのサービス産業で使用されています。介護、食事の配達、清掃など、さまざまなサービスを人々に提供できます。 3. 特殊ロボットアーム 特殊ロボットアームは、主に航空宇宙、軍事、深海探査などの特殊分野で使用されています。複雑な作業環境やタスク要件に適応するために、特別な性能と機能が必要です。
ロボットアームが工業生産にもたらす変化は、業務の自動化と効率化だけではありません。それに伴う近代的な管理モデルは、企業の生産方法と市場競争力を大きく変えました。ロボットアームの活用は、企業にとって産業構造の調整、高度化、変革の絶好の機会となります。
投稿日時: 2024年9月24日
