産業用ロボット自動車、電化製品、食品など、産業製造業において広く利用されています。ロボットは、機械による反復的な操作作業を代替し、自ら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、事前に設定されたプログラムに従って動作することも可能です。それでは、産業用ロボットの基本的な構成要素について見ていきましょう。
1.本体
本体は機械ベースとアクチュエータで構成され、上腕、下腕、手首、ハンドなどから構成され、多自由度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搭載されています。産業用ロボットは6自由度以上を有し、手首は一般的に1～3自由度です。
2. 駆動システム
産業用ロボットの駆動システムは、動力源によって油圧、空圧、電気の3種類に分けられます。必要に応じて、これら3種類の駆動システムを組み合わせたり、複合化したりすることも可能です。また、同期ベルト、ギア列、ギアなどの機械的な伝動機構によって間接的に駆動することもできます。駆動システムは、アクチュエータに適切な動作を行わせるための動力装置と伝動機構を備えています。これら3つの基本的な駆動システムはそれぞれ独自の特徴を持っていますが、主流は電気駆動システムです。
低慣性・高トルクのAC・DCサーボモータと、それらを支えるサーボドライバ（ACインバータ、DCパルス幅変調器）が広く普及しています。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、制御性に優れています。ほとんどのモータは、精密伝動機構である減速機を背後に設置する必要があります。減速機の歯は、ギアの速度変換器を利用してモータの逆回転数を所望の逆回転数に減速し、より大きなトルクを得ることで、速度を下げながらトルクを増加させます。負荷が大きい場合、サーボモータの出力を盲目的に上げるのは費用対効果が低くなります。適切な速度範囲内で減速機を使用することで、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時に発熱や低周波振動が発生しやすいため、長時間の反復作業は、正確で信頼性の高い動作を保証するのに適していません。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、機械本体の剛性を強化し、より大きなトルクを出力することができます。現在主流の減速機には、ハーモニック減速機とRV減速機の2つがある。
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要な要素です。制御システムは、入力されたプログラムに従って駆動システムとアクチュエータにコマンド信号を送信し、それらを制御します。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、軌道、および動作時間を制御することです。プログラミングが簡単で、ソフトウェアメニューによる操作、使いやすいヒューマンコンピュータインタラクションインターフェース、オンライン操作プロンプト、そして便利な操作性といった特徴を備えています。
ロボットの核となるのはコントローラシステムであり、外資系企業は中国の実験に非常に接近している。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向上し、価格はますます安価になっている。現在、1～2ドルの32ビットマイクロプロセッサが市場に出回っている。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に新たな開発の機会をもたらし、低コストで高性能なロボットコントローラの開発を可能にした。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、ロボットコントローラは現在、主にARMシリーズ、DSPシリーズ、POWERPCシリーズ、Intelシリーズなどの強力なチップで構成されている。
既存の汎用チップの機能と特徴は、価格、機能、統合、インターフェー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（System on Chip）テクノロジが必要です。特定のプロセッサを必要なインターフェースに統合することで、システムの周辺回路の設計を簡素化し、システムサイズを縮小し、コストを削減できます。たとえば、ActelはNEOSまたはARM7のプロセッサコアをFPGA製品に統合して、完全なSoCシステムを形成しています。ロボットテクノロジコントローラに関しては、研究は主に米国と日本に集中しており、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。そのモーションコントローラはDSPテクノロジに基づいており、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
エンドエフェクタは、マニピュレータの最終関節に接続される部品です。一般的には、物体を掴んだり、他の機構と接続したり、必要なタスクを実行したりするために使用されます。ロボットメーカーは、エンドエフェクタを設計・販売することはほとんどなく、多くの場合、シンプルなグリッパーのみを提供しています。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、部品の積み下ろしなど、ロボットが実行する必要がある特定の環境下でのタスクを実行します。
投稿日時: 2024年8月18日
