つれづれデジカメ日記

3Dプリンターは、デジタルデザインから物理的な造形物をつくる製造機器です。3Dプリンター技術とそれに使われる材料はさまざまありますが、原理的には同じです。つまり、積層工法（積層造形）を使い立体物を製造します。

積層工法はしばしば別の言い方で「3Dプリント」「ラピッドプロトタイピング」「アディティブ・マニュファクチャリング(AM)」と呼ばれます。また、3Dプリンターという言葉は、今までの「マテリアルジェッティング方式（マルチジェット・プリント方式）」「インクジェット粉末積層方式（カラージェット・プリント方式）」「光造形方式（SLA（Stereo Lithography Apparatus））」「熱溶解積層方式（Fused Deposition Modeling：FDM）」「 粉末レーザー焼結積層造形方式（Selective Laser Sintering：SLS）」などの積層工法を包括する言葉になっています。

3Dプリンターは、まず物理的な造形物を作るためデジタル3Dデザインファイルを制作します。デザインファイルなしで印刷しようとすると、ただの白紙の紙を印刷するのと同じです。そのデザインファイルは薄い輪切り状に変換され、3Dプリンターに送信されます。

その後、3Dプリンターで使用するプラスチック樹脂材料を溶融し、印刷台に積層していきます。積層工法は用途によって選択され、上記でごご紹介した通り様々あります。3Dプリンター印刷を行った後、必要であれば後加工を施すことがあります。

3Dプリンターで使用する材料や素材は、プラスチックやゴム、金属、砂岩に至るまで、幅広く使用できる材料、素材が増えています。

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双腕ロボットにはヒト型とスカラ型の２種類が存在します。特徴や解決できる課題について解説します。

ヒト型双腕協働ロボット
ヒト型双腕協働ロボットとは垂直多関節ロボットとも呼ばれ、一般的には人間の腕に近い構造となっています。

特徴
ヒト型双腕協働ロボットは、まさにヒト型の造形をしています。人間で言う腰のあたりにも関節を持ち、前かがみの姿勢を取ることができます。

双腕型のため両手を駆使して、従来の垂直多関節ロボットよりも複雑な組み立て作業ができるのが特徴です。また可搬質量が大きいため、金属部品も扱うことができます。

動きの自由度が高い分、動作を入力するティーチングが難しくはなる点は課題といわれています。しかし技術革新とともに、作業者の負担を軽くするために直感的に扱える専用のソフトウエアも開発が進んでいます。

解決できる課題
ヒト型双腕協働ロボットは自由に動かせる関節が多いため、立体的な作業に向いています。

双腕部分は人間の腕の構造に似た設計をしているため、人間の代替作業をさせるロボットとして合理的な形になっています。

また稼働範囲に比べて設置面積が少ないため、工場現場などでレイアウトしやすく、水平多関節ロボットと比較し上下方向の動作範囲の全てに手先が届く事が特徴です。

従来、仕分け・箱詰め作業 など細かくて複雑な作業は、ロボットによる自動化が難しく、人が作業しなくてはならない課題を抱えていました。ヒト型双腕協働ロボットは複雑な現場であっても、人の作業の代替が担える存在として注目を浴びているのです。

スカラ型双腕協働ロボット
スカラ型双腕協働ロボットは、水平多関節ロボットとも呼ばれ、水平方向の作業に適した構造になっています。

特徴
スカラ(SCARA)とはSelective Compliance Assembly Robot Armの略です。スカラ型双腕協働ロボットは、平坦な人作業の置換えのために開発されました。

スカラ型ロボットの双腕に旋回する腰軸を加えることで、部品などを持った腕の姿勢を維持したまま、腰軸で姿勢を変えることができる構造となっています。このため同じ型で複数の場所へのアクセスが安定的に行えることが特徴です。

名前の通り、水平方向の動きに特化したロボットで、関節の回転軸が全て垂直に揃っています。高速に移動して平面上の位置を決めてから、先端部を上下に動かす仕組みになっており、平面的な作業に向いています。

解決できる課題
スカラ型双腕協働ロボットは他の産業用ロボットと比べると小型な造りです。広いスペースを確保しなくても導入できるため、製造現場の限られたスペースを有効に活用しつつ生産性を高めることが可能です。

一般的には作業工程が一方向の半導体ウエハの搬送や、基板など起訴部品の組み立てなどで幅広く利用されています。またスカラ型双腕協働ロボットは他の産業用ロボットに比べて構造が単純なため、制御がしやすくなっています。その分、価格も他の大型ロボットと比べて安価です。

ロボットの運用パワーや導入コストが課題だった中小企業においても、スカラ型双腕協働ロボットは注目を浴びる存在です。

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一般的なロボットは6軸の構成となっています。産業用ロボットは動作を行い作業するマニピュレータ、マニピュレータを動かして制御するコントローラ、マニピュレータに動作を教えるプログラミングペンダントで構成されています。基本的にはこの3要素でできています。

マニピュレータの6つの軸にはACサーボモーターを使用して制御するのが一般的です。それぞれ体の旋回、体を前後に動かす下腕、腕を上下に動かす上腕、腕を回転させる手首旋回、手首を回転させる手首回転の6つに分かれます。

搬送ロボットがワークを認識して移動させる際、XYZの座標をあらかじめ設定することで動作させることができます。またその他の方法として最近主流になってきているのが、画像認識を用いた座標認識です。上部から撮影を行い、スペースを判断します。そして自動で積載すべき場所を判断して積載します。事前に座標を設定しなくてよいメリットはありますが、コストが多少かかってしまうところが難点です。

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垂直多関節ロボットは、人の手の様に動作することができる産業用ロボットの一種です。駆動するための軸が少ないロボットに比べて、柔軟性があり、従来では人の手で行っていた作業や、時間をかけて自由度の少ないロボットで行っていた作業を効率的に進めることができます。手の動きのように動作させることができるので、汎用性が高いことが特徴です。導入することにより、業務の効率化を図ることができます。

垂直多関節ロボットの使用用途
垂直多関節ロボットは、自動車や家電製品、食品などの生産ラインで主に使用されます。活用方法としては、搬送、組み立て、検査があります。搬送では、製品や部品を等間隔で高速に並べることや、高重量の荷物を安全に移動させることができます。組み立てでは、垂直多関節ロボットの人の手で行う作業を可能にするという性質を利用して、熟練の職人技の様な作業を正確に高速で行うことができます。検査では、センサを効率的に移動させることや、検査に不合格の製品を除去する作業などに利用されます。

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