直交ロボットとは
直交ロボット (英: orthogonal robot) とは、2～3個の直交する軸に沿って動くロボットです。
ガントリーロボットとも呼ばれます。産業用ロボットは、構造が単純であるため、多種の産業において、作業の自動化の最初のステップとして多く使われます。
直交する座標は、最大でも3個であるため、自作が可能であり、改造も容易です。また、作業を行うプログラムを容易に修正出来るのも特長です。
したがって、作業が複雑な動きを必要とせず、単調な動きである場合は、比較的容易に直交ロボットを用いて機械化できます。
直交ロボットの使用用途
直交ロボットは、主に製造業で使用されています。製造業では、単純な作業として部品の組み立てや搬送などがあります。この分野では、直線的な動きで十分実行が可能なため、直交ロボットが導入されるケースが多いです。
最初に部品の流れるラインを決定します。そして、カメラなどで撮影することで、組み立てから搬送までの作業を分解して、直交ロボットに置き換えます。導入により、生産性の安定が可能です。
具体的には、小型精密機械部品、自動車用部品、基板実装用の電子部品をはじめ、医療、薬品の分野でも直交ロボットが使われます。また、食品分野では、繊細な食品の運搬に、例えば、崩れやすく扱いが難しい豆腐などを、特殊な加工を施したアームが正確に掴み、移動させることも可能です。
直交ロボットの動作範囲は、6軸動作のロボットなどに比較すると単純でわかりやすく、価格も有利です。湿気の多い所や、腐食性ガスを使用する半導体工場など、厳しい条件下でも安定して使用ができます。
直交ロボットの原理
直交ロボットは、リニアガイドに沿って、作業アームをスライド移動させて組み立て、搬送、位置決めなどの作業を行うのが基本動作です。
1軸上を移動するユニットを複数組み合わせて、直交座標系で作業を行います。この場合、ロボットのそれぞれの軸は同時に動かすことができるため、多くの動作は直線移動の重ね合わせで効率的に行うことが可能です。
直交ロボットの特徴
1. 組み合わせの自由度が高い
直交ロボットは、稼働範囲が比較的狭いが、組み合わせの自由度は高く、必要な仕様に合わせやすい特徴があります。動作が他のロボットと比較して単純であるため、制御がしやすく、複数の直交ロボットを組み合わせることも可能です。
他のロボットと組み合わせて連携させることで、ある程度複雑な動きをさせたり、素材のカット工程を入れたりするなど、多くの作業ができるようになります。
2. 精度が高い
直交ロボットは、単純な直線運動しかできないが、その分精度が高くなります。とくに、ボールネジとリニアエンコーダを使用したリニアガイドを使用したものは、高精度な位置決めが可能です。
3. 剛性が高い
直交ロボットは、構成する部品が少ないので剛性を高くできます。そのため、隙間や変形が少なく、動作のブレが小さくなり、作業が安定します。さらに、単純構造なので、高速化によるサイクルタイムの短縮が可能です。
4. 低価格
単純な構造、少ない部品点数で製造できる直交ロボットは、多関節ロボットなどと比較して、低価格です。
直交ロボットのその他情報
1. 直交ロボットのデメリット
直交ロボットはメリットだけでなく、デメリットも存在します。
複雑な作業は不可能
直線運動の組み合わせ以外の複雑な作業は困難です。
設置面積が大きい
直交ロボットは、直線的な動きしかできないためと、関節がないので折りたためないため、設置面積が大きくなりやすい短所があります。
大型化が困難
直交ロボットの精度や強度を保って大型化するのは、コスト面で困難です。
2. 直交ロボットの導入事例
搬送作業の省人化
釣り銭の包装後の搬送を多関節ロボットで自動化したものの、耐久性の問題が発生しました。この改善に直交ロボットを採用し、良好な結果を得ました。故障リスクが減少し、労働生産性が1.4倍に向上しています。
ネイル筆製造工程の自動化
ネイル筆は製作工程が複雑なため、ほとんどが手作りでした。作業者の高齢化とコスト低減のため、6台の直交ロボットを導入し、切断や仮付け、接着などの工程をロボットが行うようにしました。その結果、6人の作業者が2人になり、労働生産性は導入前の30倍になっています。
危険作業の負担軽減及び効率化
盤製作メーカーにおいて、重量が重く取り扱いが人では危険性がある作業を直交ロボットに置き換えました。結果は、危険性が排除され、効率が上がり、労働生産性の向上が従来比較で1.4倍になっています。