つれづれデジカメ日記

直交ロボットのメリットについてお伝えしましたが、もちろんメリットがあればデメリットもあります。

これから導入を検討している人は、直交ロボットができないことをきちんと理解しておきましょう。

複雑な動作ができない
直交ロボットは、高精度な動作を得意とする一方で構造上複雑な動作ができません。垂直または水平方向の直線的な動きにしか対応していないためです。

複雑な動作をロボットに任せたい場合は、多関節ロボットなど、複雑な動作が可能なロボットの導入を検討しましょう。

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、動作内容問わず設置面積が大きくなりやすい傾向にあります。

逆に多関節ロボットの場合は、関節を折り曲げることで上手に空間を使うことができるため、直交ロボットよりも作業範囲に対する設置面積は小さくなる傾向にあります。

直交ロボットの導入を検討している場合は、事前に設置可能な面積を把握しておきましょう。

精度・強度を保った大型化が難しい
ワークが主軸から遠かったり主軸の高さを変える必要がある場合は特に顕著になります。

柱を１本の軸で構築すると、張り出し分のスライド軸の重みでひねり（モーメント）が掛かり、誤差が生まれやすく、張り出し部分に負荷がかかって破損しやすくもなります。

これを防ぐには片持ちではなく２本の柱が必要になります。このタイプで柱側に昇降機能を持たせる場合、リンクさせる機構を設計するか、ロボットシリンダの性能に頼る必要があり、精度と信頼性を高めるためのコストが割高になってしまいます。

ある程度の大きさを想定するのであれば、スペースを確保して門型を設置するか、速度面・費用面で多関節ロボットの導入と比較・検討することが大切です。

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介護ロボットに必要とされ、重点的に開発が進められている機能は、主に次の5つです。

●移乗介助機器
・装着型
介護者のパワーアシスト機能を備えた装着型の介護ロボット機器です。
介護者が装着することで、要介護者をベッドから車いすやトイレに移乗させるときのアシストを行い、介護者の腰の負担を軽減させることができます。一人で着脱可能です。

・非装着型
介護者のパワーアシスト機能を備えた非装着型の介護ロボット機器です。
介護者が要介護者を抱き上げ、ベッドから車いすに移乗させるとき、介護者の一部または全てのパワーアシストを行い、介護者の腰の負担を軽減させます。一人で使用できて、機器を据えつける際の住宅への設置工事などは不要です。

●移動支援機器
・屋外型
要介護者が外出する際、自身の足で歩行することを支援し、荷物などの運搬を補助する介護ロボット機器です。
「車輪は4つ以上」「砂利道や段差がある場所でも安定して移動できる車輪径」「マニュアル・ブレーキ搭載」「普通自動車の車内・トランクに搭載可能（折りたたみ式も可）」「雨天時に対応できる防水対策」「重量は30kg以下
など、条件が定められています。

・屋内型
要介護者が屋内にいる場合、トイレへの往復の歩行支援を行ったり、トイレやベッドに座ったり立ち上がったりする動作の支援を行う介護ロボット機器です。
使用者が自身の足で歩行移動することができ、自分一人、または介護者一人によるサポートがあれば使用できます。従来利用している歩行補助具などとの併用も可能です。

●排泄支援機器
居室に設置して利用できる介護ロボット機器です。
設置場所の調整と移動が可能で、居室内にいながら、便座に座って排泄できます。その際、排泄物を室外に流したり、容器や袋を用いて密封・隔離したりして、排泄物の臭いが室内に拡散することを防ぐ工夫もされています。

●見守り支援機器
・介護施設型
センサーや外部通信機能搭載の介護ロボット機器で、介護施設での利用を目的としています。
24時間、昼夜を問わず使用でき、同時に複数の要介護者を見守ることができます。
施設内の複数の介護者に向け、同時に情報を提供することも可能です。
要介護者が自ら助けを求めるときだけではなく、例えば、要介護者がベッドから離れた際に、即座に検知して介護者へ通報されるので、事故などを未然に防ぎやすくなります。

・在宅介護型
転倒検知センサーや外部通信機能搭載の介護ロボット機器で、在宅介護での利用を目的としています。
浴室などを含めた複数の部屋を同時に見守ることができ、暗所においての使用も可能です。介護施設型と同様に、要介護者が自ら助けを求めるときだけではなく、例えば、要介護者が室内で転倒した場合、それを検知してすぐに介護者へ通報してくれます。

●入浴支援機器
要介護者が浴槽への出入りを行う際に、一連の動作を補助する介護ロボット機器です。
要介護者一人、または介護者一人の補助によって利用できます。
設置には特別な工事は不要で、家族の他のメンバーが入浴する際には、一人でこの機器を取り外して片づけることもできます。

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①導入の目的を明確にする
導入する前に目的を把握します。目的を絞って選ばないと不要な機能を追加するなどして、コストがかさみますし、本来の目的から離れたロボットを購入してしまう可能性もゼロではありません。

その結果、自社に最適な産業用ロボットの導入ができず、導入後に期待した成果が出なくなってしまう場合もあります。

②システムの構想
現在の生産ラインでどのような工程でどのような困りごとがあるかを抽出していきます。作業工程での困りごとが見つかれば、原因を追求し解決方法を探します。

困りごとのある作業工程において、ロボットの導入が必要であると判断したならロボットシステムを構想して実施計画を作成してください。

③構想提案に基づいた仕様の定義
実施計画通りに困りごとの解決するための手段や方法を仕様として定義していきます。

ロボットシステムのフローを決めて、

信頼性があるか
利用価値がどれくらいあるのか
保守や整備は難しくないのか
トラブルが起きても復旧できるのか
など、さまざまな観点から細かくチェックを行います。

④生産システムの詳細設計
生産システムの詳細設計は、「どのようなロボットシステムの方式を用いるか」を具体的に決めていく工程です。

レイアウト図を作成し、導入するロボットをどのように配置して、前後の工程もどう変更するかを設計していきます。

作成したら、どのような機器が必要かを洗い出すなど、より詳細な設計を行っていきます。作成したレイアウト図をみて問題がないか確認を行い、問題がなくなるまで、修正を行ってください。

また、リスクアセスメントの観点から、安全性に関する方針も策定します。

⑤製造・納入前テスト
設計したレイアウト図や機器の設計図から、ロボットシステムの製造やソフトウェアの設計を行います。

実際に生産ラインを構築していき、レイアウト図通りの生産ラインを完成したら、内部テストを行ってSIerと契約した通りのものができていることを確認します。

⑥稼働開始
内部テストが問題なければ、本格的に稼働を開始します。

⑦保守・点検
本格的に稼働した後もSIerとのやり取りは続き、定期的に保守や点検を行ってロボットに問題がないか診断を行います。

また、トラブルや不具合が生じた場合は復旧のためにサポートしてくれます。

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ロボットの特異点とはどのようなものでしょうか。特異点を知る前に事前に知らなければならない知識とともに紹介していきます。

ロボットの構造
まずはロボットの構造から知りましょう。ロボットはサーボモータで関節にあたるジョイント部を動かし、アーム部分であるリンクを移動させます。同時に、先端のエンドエフェクタをワークの位置まで移します。

これらの動作を要望通りに行うことがロボットの役割で、目的に沿った動作を実現するためにはロボットの制御が欠かせません。正確な制御を行うためには、数式を用いて演算し、各関節をどのような方向でどれくらい動かせばいいかを決める必要があります。

関節の位置から計算で手先の位置を知り、目的の動作を行わせるためには、さまざまな情報が必要です。そこで、ロボットの制御のために位置を計算する運動学が必要となります。

運動学ではロボットの動作を計算する方法として、順運動学方法と逆運動学方法の2種類があります。

順運動学方法は、関節の回転角度や速度からアームの位置・姿勢を計算する方法です。一方逆運動学では、アームの位置や姿勢から、関節の回転角度と速度を計算します。一般的に逆運動学が用いられることが多いです。

逆運動学では、関節の回転角度や速度を求めるために、ヤコビアン行列という数式を用いて計算を行います。ただし、計算式が複雑であることから、この記事では割愛します。

特異点になるとき

特異点とは、計算式上でロボットが制御できなくなる姿勢のことを言います。特異点には複数のパターンがあるため、すべての姿勢を紹介することはできませんが、以下の2つが代表的な特異点です。

ロボットが伸びきった姿勢の時
2つ 以上の軸が一直線上に並んだ時などの姿勢の時
このような状態になることで、ロボットが制御できなくなります。

特異点による問題点
ロボットが特異点に近づくことで速度が急激に速くなり、暴走してしまう危険があります。また、特異点になると停止してしまいます。

そのため、特異点を通るように教示してしまうと、再度生産ラインを停めてティーチングを行わなければならず、生産計画が遅れる可能性もあります。

現在では暴走しないようにさまざまな対策が行われていますが、古い機種を扱っていた場合高い確率で暴走するため注意が必要です。

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モータを使う場合には、基本的にモータ駆動回路が必要です。モータの駆動回路はモータの種類、電力などの仕様、アプリケーションなどによって、ディスクリート構成からドライバIC、およびマイコンとの組み合わせなど様々です。モータドライブ基礎編では、代表的なモータの構造や動作原理から、基本的にはモータドライバICを利用した駆動方法を解説してきました。

今回は、モータドライバICを選択する際に必ず綿密にチェックしなければならない絶対最大定格について説明します。1つは、モータの視点からモータの仕様とモータドライバICの絶対最大定格対応について、もう1つはモータドライバICの各絶対最大定格の意味と注意点についてまとめました。

絶対最大定格とは

最初に絶対最大定格とは如何なるものかの確認をしておきます。この理解が不十分だと重大な事故につながる可能性がありますので、設計者でも使用者であっても正確な理解と厳密な適用が必要です。ここでは、モータドライバ前提ですが、絶対最大定格の定義はモータドライバに限らず、他の半導体デバイスに範囲を広げても同じです。

半導体デバイスの絶対最大定格に関しては基本的に、「JIS C 7032 トランジスタ通則」の用語の定義を基にしています。その定義は「瞬時たりとも超過してはならない限界値で、どの2つの項目も同時に達してはならない限界値」とされています。解釈としては、「絶対最大定格にあるどの項目の値も、どんなに短い時間でも絶対に超えてはいけない」というものです。

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