産業用ロボット入門！ (簡易版)

産業用ロボット自動車製造、電化製品、食品などの工業製造現場で広く使用されています。これらは、機械式の反復的な操作作業を置き換えることができ、それ自体の力と制御能力に依存してさまざまな機能を実現する一種の機械です。人間の命令を受け入れることができ、あらかじめ用意されたプログラムに従って動作することもできます。次に、産業用ロボットの基本コンポーネントについて説明します。
1.本体

本体は機械ベースと上腕、下腕、手首、手を含むアクチュエーターであり、多自由度の機械システムを形成します。一部のロボットには歩行機構もあります。産業用ロボットは6自由度以上、手首は1～3自由度が一般的です。

2. 駆動方式

産業用ロボットの駆動方式は、その動力源に応じて油圧式、空圧式、電動式の3つに分類されます。必要に応じて、これら3種類の駆動方式を組み合わせて複合化することも可能です。あるいは、同期ベルト、歯車列、歯車などの機械的伝達機構によって間接的に駆動することもできます。駆動システムには、アクチュエータに対応する動作をさせるための動力装置と伝達機構が備わっています。これら 3 つの基本的な駆動システムには、それぞれ独自の特徴があります。主流は電気駆動方式です。

低慣性、高トルクの AC および DC サーボ モーターと、それらをサポートするサーボ ドライバー (AC インバーター、DC パルス幅変調器) が広く受け入れられているためです。このタイプのシステムはエネルギー変換を必要とせず、使いやすく、制御に敏感です。ほとんどのモーターは、その背後に精密伝達機構である減速機を設置する必要があります。その歯は歯車の速度変換器を利用してモーターの逆回転数を所望の逆回転数に落とし、より大きなトルク装置を得ることで速度を落とし、トルクを増加させます。負荷が大きい場合、やみくもにサーボモータの出力を上げるのは経済的ではありません。適切な速度範囲内で減速機により出力トルクを向上させることができます。サーボモータは低周波運転では熱や低周波振動が発生しやすくなります。長期にわたる反復作業は、正確で信頼性の高い動作を保証するのに役立ちません。精密減速モータの存在により、サーボモータは適切な速度で動作し、機械本体の剛性が強化され、より大きなトルクを出力することができます。現在、減速機はハーモニック減速機とRV減速機の2つが主流となっています。

3. 制御システム

ロボット制御システムはロボットの頭脳であり、ロボットの機能と性能を決定する主な要素です。制御系は入力されたプログラムに従い駆動系やアクチュエーターに指令信号を送り、制御します。産業用ロボット制御技術の主な役割は、作業空間における産業用ロボットの活動範囲、姿勢や軌道、動作時間を制御することです。シンプルなプログラミング、ソフトウェアメニュー操作、フレンドリーな人間とコンピュータの対話インターフェイス、オンライン操作プロンプト、便利な使用という特徴があります。

コントローラーシステムはロボットの中核であり、外国企業は中国の実験に緊密に関与している。近年、マイクロエレクトロニクス技術の発展に伴い、マイクロプロセッサの性能はますます高くなり、価格もますます安くなってきています。現在、市場には 1 ～ 2 米ドルの 32 ビット マイクロプロセッサがあります。コスト効率の高いマイクロプロセッサはロボット コントローラーに新たな開発の機会をもたらし、低コストで高性能のロボット コントローラーの開発が可能になりました。システムに十分なコンピューティング能力とストレージ能力を持たせるために、ロボット コントローラーは現在、主に強力な ARM シリーズ、DSP シリーズ、POWERPC シリーズ、Intel シリーズなどのチップで構成されています。

既存の汎用チップの機能や特徴は、価格、機能、統合性、インターフェイスの点で一部のロボットシステムの要件を完全に満たすことができないため、ロボットシステムにはSoC（システムオンチップ）テクノロジーが必要です。特定のプロセッサと必要なインターフェイスを統合すると、システムの周辺回路の設計が簡素化され、システムのサイズが縮小され、コストが削減されます。たとえば、Actel は NEOS または ARM7 のプロセッサ コアを自社の FPGA 製品に統合して、完全な SoC システムを形成しています。ロボット技術のコントローラーに関しては、主に米国と日本で研究が集中しており、米国の DELTATAU や日本の TOMORI Co., Ltd. などの成熟した製品があります。モーションコントローラーはDSP技術をベースにしており、オープンPCベースの構造を採用しています。

4. エンドエフェクター

エンドエフェクタはマニピュレータの最後の関節に接続されるコンポーネントです。通常、物体を把握し、他の機構に接続し、必要なタスクを実行するために使用されます。ロボットメーカーは通常、エンドエフェクターを設計したり販売したりしません。ほとんどの場合、単純なグリッパーのみが提供されます。通常、エンドエフェクタはロボットの 6 軸のフランジに取り付けられ、溶接、塗装、接着、部品の積み降ろしなど、ロボットが必要とする作業を所定の環境で実行します。