ロボットアームとは何ですか?その選び方は?

リンク、ジョイント、最後にツール

ロボットアーム vs 産業用ロボット vs コボット vs マニピュレーター

ほとんどのサイトがスキップしている部分は次のとおりです。これら 4 つの用語は同じレベルに存在せず、そのうちの 1 つは、射出成形を始めると非常に特殊なものを意味します。

ロボットアームこれは、関節式ハードウェア自体の日常的な名前です。{0}先ほど説明したリンク、ジョイント、エンド エフェクターを指します。

A マニピュレータ射出成形における「」はアームの同義語ではありません。-それは取り出しロボットです。-これは成形機に取り付けられたユニットで、金型内に到達し、完成品やランナーを掴んで、各サイクルごとに持ち上げます。それは通常、直線的なデカルト設計であり、ほとんどの人がイメージする多関節アームではありません。したがって、ここでの「マニピュレータ」とは、一般的なハードウェアではなく、特定の離型ロボットの名前です。

アン産業用ロボットは、生産用に構築されたアームとそのコントローラーおよび駆動システムからなる工場内の完全な機械です。すべての産業用ロボットにはロボット アームが含まれていますが、このフレーズは作業ユニット全体を指します。-したがって、ロボット アームと産業用ロボットの本当の違いは、部品かパッケージ製品かということになります。

A コボット(協働ロボット) は、形状ではなく意図によって定義されるサブタイプです。これは、人と一緒に安全に作業できるように設計されたロボット アームです。-速度は遅く、力は制限されています-。多くの場合、ケージは必要ありません。ロボット アームと協働ロボットの問題は、「どちらがどちらであるか」ではなく、「このアームは人間と空間を共有するために作られているのか?」ということです。

ロボットアームについて人々が誤解している 3 つのこと

1. ロボットを購入しても何も自動化されません。周囲にシステムがなければ、腕だけでは有用な仕事をすることはできません。実際の自動化には、フルセルの治具、センサー、安全性、部品供給、それらを結び付けるコントローラーが必要です。-アームはそのシステムのコンポーネントの 1 つであり、システム自体ではありません。

2. 再現性は正確さではありません。約 ±0.02 mm を誇るデータシートは、ほとんどの場合、再現性を意味します。-アームが教えられた点にどれだけしっかりと戻るか-、教えられていない座標にどれだけ正確に到達するかではありません。機械加工に似たものにとって、そのギャップは非常に重要です。

3. 軸が多ければ多いほど自動的に良いというわけではありません。6 軸アームはより柔軟性がありますが、必要のない柔軟性はコストと複雑さを追加し、エラーが発生する場所が増えるだけです。 4 軸アームでは、多くのジョブがより高速かつ確実に実行されます。

モーションチェーン

では、ロボットアームは瞬間瞬間どのように機能するのでしょうか?すべての動作は同じ連鎖をたどります。コントローラーは、各ジョイントがいつどこに位置する必要があるかの軌道を計算します。-これらのターゲットをサーボ モーターに送信し、サーボ モーターが駆動力を供給します。各サーボは速度とトルクを交換する減速ギアに電力を供給するため、小型で高速なモーターが重いアームをゆっくりと正確に動かすことができます。それは ジョイントとジョイントが一緒になってエンド エフェクタを配置し、エンド エフェクタが実際のグリップ、溶接、ディスペンスなどの作業を行います。{0}これは閉ループです。各ジョイントのエンコーダーが実際の位置をコントローラーに報告し、その場で修正されます。

軸と自由度

そのチェーン内のすべてが 1 つの目的を果たします。それは、ツールを必要な場所に、必要な角度で配置することです。それが何です軸そして自由度-そして、多くの購入決定が静かに間違っているのはここです。

各軸は独立して動く 1 つのジョイントです。独立した動作の数が腕の自由度になります。標準の 6 軸アームでは、ワークは 2 つの半分にきれいに分割されます。軸 1 ～ 3 のハンドル位置-ツールを空間内の点（左/右、前/後、上/下）に移動します。軸 4 ～ 6 のハンドルの向き-ツールが到着したら、ツールの角度（手首のロール、ピッチ、ヨー）を設定します。

この分割が選択ルール全体です。プロセスが実際に何を要求しているかを尋ねます。

溶接トーチが特定の角度で継ぎ目と出会い、継ぎ目をたどりながら保持する必要があります。位置だけではこれを行うことはできません。-手首の向きが必要です。そのため、溶接はほぼ常に行われます。6軸.

パレタイジングほとんどの場合、箱を持ち上げ、持ち上げ、回転させ、平らに置くことを意味します。アップ-とスピンでカバーできるので、4軸arm は仕事をより速く、より安く、失敗も少なくします。

簡単な経験則: 作業を行うためにツールを傾けたり回転させたりする必要がありますか? 6つの軸を考えてみましょう。上-下に移動して回転するだけですか？ 4つで十分かもしれません。

センサーが実際に行うこと

腕は、自分がどこにあるか、何に触れているかを認識できるかどうかによって決まります。{0}} 3 種類のセンサーがその負荷を担っていますが、それらは同等に重要ではありません。

エンコーダジョイントの位置を報告します-閉ループのバックボーン。実際に重要な違いは、アブソリュート エンコーダとインクリメンタル エンコーダです。インクリメンタル エンコーダは、電源投入時の位置からの動きをカウントするため、電源切断やシフト変更の後、アームは機能する前に再ホーミング ルーチンを実行する必要があることがよくあります。-アブソリュートエンコーダは、電源が入っているかどうかに関係なく、実際の位置を保存します。月曜日の朝を想像してみてください。アブソリュートエンコーダを備えたアームは、すべての関節がどこに位置するかをすでに知っています。インクリメンタル エンコーダ上のエンコーダでは、最初にホーム参照までクロールして戻る必要がある場合があります。シフト変更や業務停止が発生するたびに、それは脚注ではなくなります。

力-トルクセンサー腕に触覚を与えます。 -盲目的に所定の位置に移動するのではなく、接触力を感じる-ことで、挿入（部品を詰まらせることなく装着する）や研削または研磨（一定の圧力で表面に乗る）が可能になります。

ビジョン未知の状況に対処します。部品が固定されていない状態で{0}ゴミ箱の中で緩んでいたり、ベルト上のさまざまな場所にある-場合、部品が教示された 1 つの場所にあると予想するのではなく、アームが適応するように位置を特定します。

力-トルク センサーに関する参考資料: [https://arxiv.org/pdf/2103.11123]

平易な英語での運動学

座標を入力すると、腕がそこに移動します。その背後には逆運動学があり、それを最もきれいに感じる方法は自分の腕です。

テーブルの上のカップに手を伸ばします。あなたは何も計算しませんでしたが、-あなたの脳は、肩、肘、手首をどこまで曲げれば手を正確に着地できるかを瞬時に計算しました。これは逆運動学です。ツールが必要な場所から開始して、そこにツールを配置する関節角度を逆方向に解きます。

順運動学は往復運動です。-関節角度を考慮すると、手はどこに行き着くでしょうか?計算は簡単ですが、実際に必要なものは少なくなります。

腕が動くたびに、コントローラーは順運動学と逆運動学を静かに解決します。目的地に名前を付けると、コントローラーが角度を見つけます。これがすべてのコツです-数式の壁は必要ありません。

ロボット アームの運動学に関する参考文献: [https://arxiv.org/pdf/2303.09645]

精度はどこから来るのか

完璧な運動学的ソリューションであっても、ハードウェアがそれを保持できない場合は、間違った結果になります。本当の精度は、3 つの物理的な要素の複合から生まれます。

減速機-適切なタイプ、適切な場所。 RV減速機ベースと下部の軸に座ります。硬く、手の届く範囲で重い荷重をはねのけるように作られています。高調波（ひずみ波）減速機手首に装着: コンパクト、軽量、バックラッシュがほぼゼロ。可搬質量は小さいが精度が重要な場合。{0}} RV が属する場所に車高調ドライブを設置し、負荷がかかるとアームが曲がります。-どちらが「優れている」かではなく、それぞれがどこに適合するかが重要です。

剛性。構造に歪みがあると、ツールの先端に拡大して現れます。接合部での小さな角度のたわみは、1 メートル離れたところで大きな誤差になります。剛性アームは負荷がかかった状態で教示されたポイントを保持します。柔軟なものは、ペイロードやモーションが変化するとすぐに外れてしまいます。これが、スペックシートがほぼ同じである 2 つのアームが同じように動作しない大きな理由です。-

熱ドリフト。モーターとギアが動作すると、モーターとギアが温まり、金属が膨張し、工具の位置が大きく変化します。{0}通常、コールド スタートから最初の 1 時間以内に最も多く変化します。{0}}だからこそ、高精度の作業は-ウォームアップから始まります。-: 熱が定常状態に達するまでアームを動かし、その後はその数値を信頼します。私たちは、コールド-スタート ドリフトが最初に大破する-}誰もがプログラミングのせいだと考えていた記事チェックを目撃してきました。

実践版: 最初の製品検査には ±0.02 mm- クラスの再現性が必要ですか?{2}}冷えたマシンで測定しないでください。-まずマシンを暖めてください。

これらのコンポーネントが実際のアームでどのように組み合わされるか見てみたいですか? RBTICの6軸ロボット仕様を見る→

ペイロード

のロボットのペイロード人々はパーツの重量に合わせてサイズを決め、それを保持するハードウェアのことを忘れてしまうため、最初に選択が間違っているのは仕様です。 4 kg のグリッパーに 8 kg の部品を取り付けると、12 kg の荷重になります。-そのため、8 kg のアームではなく、少なくとも 12 kg の定格アームが必要です。-。また、重量だけがすべてではありません。荷重が手首のフランジから離れるほど、発生するモーメントが大きくなるため、中心を外れた部品や延長された部品はさらに重い部品のように動作します。-パーツ + グリッパー + リーチ オフセットのサイズ。決してパーツ単独ではありません。

到達範囲と作業範囲

再現性と精度

速度とサイクルタイム

データシートの速度は、ストレート バーストでの無負荷時のピーク最大ジョイント速度です。{0}}あなたのラインのサイクルタイムはじけるすべてのものから作られています。実際の動きは、動きのたびに加速と減速に時間を費やします。コーナーや障害物の周りの経路計画。グリッパーが開閉する間、ピックアンドプレイスごとに滞留します。そしてでI/Oハンドシェイク、アームはコンベア、PLC、または機械からの信号を待ちます。実際のペイロードを追加すると、最高速度はさらに低下します。カタログ番号が決して一致しないのはそのためですタクトタイム.

実際のものが必要な場合は、シミュレーションしてください。{0}または、仕様書ではなく実際のパスとペイロードに基づいてインテグレータにサイクル タイムを見積もってもらいます。{0}

軸

ここで決定事項だけです。聞く：

ツールを傾けたり、反転したり、斜めに近づけたりする必要がありますか? →6軸。

障害物を避けたり、複雑なポーズをとったりする必要がありますか? →6軸。

作品は平らに上下に配置され、さらに回転して配置されますか?{0} →4軸十分です。

軸を増やすことは無料のアップグレードではありません。軸が増えるたびにコストがかかり、プログラミングが増え、メンテナンスが必要なジョイントが 1 つ増えます。それで、4軸と6軸の比較本当の質問は「私の仕事を遂行する上で最低限の器用さは何ですか?」です。-それ以上ではなく、それを購入してください。

環境

最後の仕様は食いつくまでスキップされます。環境はタスクと同じくらい腕のサイズを決定します。溶接ではスパッタと熱が飛散するため、スパッタ-に強く、耐熱性-のある構造が必要です。研削とバリ取りでは細かい粉塵が飛散するため、高い IP 定格と良好な密閉性が求められます。射出成形は高温になるため、温度定格が重要です。そしてロボットの取り付け-床、逆さ、壁、レール-によって、アームが届く範囲とアームの剛性が変わります。

パーツの重量、サイクル タイム、レイアウトをお送りください - アームを仕様いたします →

溶接

溶接というのは、溶接ロボットの代表的な仕事であり、6 つの軸が必要です。-トーチは継ぎ目に斜めに接して保持する必要があります。さらに、仕様書に記載されていない 3 つの点にも注目してください。それは、衝突せずにワークピースの内側に潜ることができる細い手首です。内部のケーブルとホースの配線（ドレスアップ）により、リード線が部品に引っかかったり摩耗したりしないようにします。そして、調整された動きでパーツをスイングして届くまでポジショナーが動かします。スパッタと熱からの保護を追加すると、ロボット溶接セル、腕だけではありません。 【ウェルドライン→】

パレタイジング

A パレタイジングロボット通常は 4 つの軸が必要です-仕事は持ち上げ、回転し、平らに置くことです。追加の 2 つの軸はここでは何も必要ありません。必要なのは、高いペイロードと長いリーチの組み合わせであり、位置を変更せずにフルスタックを構築できます。うまく動作するかどうかを決めるのは 2 つの要素です。それは、パターン プランニング (安定したパレットにボックスをレイヤーごとに入れ子にする方法) とグリッパーです。最後の問題は、静かな罠です。-湾曲した製品、柔軟な製品、または不規則な製品は確実に掴むのが難しく、通常、パレタイジング プロジェクトが行き詰まるのはロボットではなくアーム ツールの端です。-- 【パレタイズライン→】

CNC / マシンテンディング

A 機械管理ロボット未加工の在庫をロードし、完成した部品をアンロードする-理論的には簡単ですが、実際には統合-が重くなります。本当の仕事はタイミングです。デュアルグリッパー (一方のジョーに完成品、もう一方のジョーに未加工のブランク) を使用すると、1 回の訪問で両方を交換することでサイクルを短縮できます。そしてロボットは生き続けるか死ぬかCNCローディングハンドシェイク: I/O 経由でマシンと通信し、ドアが開く信号を待ち、ドアが開くかチャックが外れる前にマシンが進入しないようにシーケンスを設定します。{0}タイミングを間違えるとツールがクラッシュしてしまいます。 【マシンテンディングライン→】

ピック＆プレイス・プレスフィード

高速-ピックアンドプレイスロボット作業とプレスの供給はタクトとタイミングで生きて死にます。高速で軽量の空気圧グリッパーがビートを維持しますが、安全なタイミングは交渉の余地がありません。プレス送りでは、アームは金型と同期して定義された安全ゾーンに入り、そこを通過します。ラムが下降する前にアームは完全に外に出なければなりません。-ここでは遅れて退場する余裕はない。部品をしっかりと配置する必要がある場合は、再現性が選択の決め手になります。 【送りラインを押す→】

射出成形の取り出し-

のために射出成形の取り出し-を選択すると、マニピュレータがプレスにどの程度緊密に結合するかがオンになります。成形サイクルと歩調を合わせ、金型が開いた瞬間に金型に入り、閉じる前に金型から出ていく必要があります。-したがって、生の速度ではなくサイクル同期が重要な仕様です。

残りは 3 つのアプリケーションの詳細によって決まります。-デリケートな部品をキャビティからきれいに持ち上げるための精度の向上、ランナーの分離の信頼性、およびインサート成形の自動化、ショット前にインサートを金型にセットする配置精度。これは、既製品ではなく、お客様の機械や金型に合わせた当社のコアラインです。- [射出成形取り出しライン→]

ロボット アームの選択は、実際には機械を選ぶことではありません。それは、パーツ、タクト、レイアウトを実際に動作するシステムに変換することです。-そのため、腕が決定の半分にすぎず、ハードウェアの半分になることはめったにありません。

したがって、単一のモデルを最終候補に挙げる前に、次の 3 つのことを行ってください。

実際の荷重を計量する- 部品単体ではなく、部品とグリッパーとリーチ オフセットを加えたものです。

あなたの真のタクトを定義する- データシートのピーク速度ではなく、加速、滞留、I/O ハンドシェイクを含む全サイクル。

実際に何を購入するかを決めてください -アームのみ、または実際に作業を行うために必要なアームとグリッパーおよびコントロールを組み合わせたものです。

これら 3 つを正しく理解すれば、ロボットではなく結果を指定しているため、すでにほとんどの購入者よりも先を行っています。

準備ができたら、部品重量（グリッパー付き）、目標サイクル タイム、レイアウトをお送りください。-一般的なカタログ番号ではなく、ジョブに適した仕様を返信いたします。

仕様をお送りください。選択のお手伝いをいたします →