実験室での使用など、ピックアンドプレース用途では、部品へのアクセスが容易なため、片持ち梁構造が有利です。ガントリーロボットは、両端で水平部材が支持された直交座標ロボットです。物理的には、必ずしもロボットではないガントリークレーンに似ています。ガントリーロボットは巨大で、重い荷物を運搬できる場合が多いです。

ガントリーロボットと直交座標ロボットの違い

直交座標ロボットは各軸に1つのリニアアクチュエータを備えているのに対し、ガントリーロボットは2つのベース（X軸）と、それらをまたぐもう1つの軸（Y軸）を備えています。この設計により、第2軸が片持ち梁構造になるのを防ぎ（これについては後述します）、直交座標ロボットに比べてガントリーのストローク長がさらに長くなり、ペイロードも大きくなります。

最も一般的な直交座標ロボットは、オーバーハング（モーメント）荷重に対する保護性能が優れているため、デュアルガイド設計を採用しています。ただし、デュアルリニアガイドを備えた軸は、シングルリニアガイドを備えた軸よりも設置面積が大きくなります。一方、デュアルガイドシステムは一般的に（垂直方向に）短く、機械の他の部分との干渉を排除できる場合があります。つまり、選択した軸の種類は、直交座標システムの効率だけでなく、全体の設置面積にも影響を与えるということです。

直交座標ロボットアクチュエータ

直交座標機構が最適な選択肢である場合、次に考慮すべき設計要素は通常、アクチュエータ制御ユニットであり、これはボルト駆動、ねじ駆動、または空気圧駆動システムのいずれかになります。リニアアクチュエータは、駆動システムに応じて、一般的にシングルまたはデュアルのリニアガイドを備えています。

ケーブル制御と管理

ケーブル制御は、このロボット設計において不可欠な要素の一つですが、初期段階ではしばしば無視され（あるいは計画の後半段階に延期され）ます。制御、空気圧（空気圧軸用）、エンコーダ入力（サーボ駆動直交座標系用）、センサー、その他の電気機器のために、各軸には複数のケーブルが用いられます。

産業用IoT（IIoT）を介してシステムやコンポーネントが接続される場合、それらを接続するために使用される方法とツールはより重要になり、過度の屈曲による早期の疲労や他のデバイスコンポーネントとの干渉による障害を避けるために、これらのチューブ、ワイヤー、コネクタは適切に配線および維持されなければなりません。

必要なケーブルの種類と数量、およびケーブル管理の複雑さは、制御方式とネットワークプロトコルによって決まります。ケーブル管理システムのケーブルキャリア、トレイ、またはハウジングはシステム全体の寸法に影響を与えるため、ケーブルシステムとロボットの他のコンポーネントとの間に干渉がないことを確認してください。

直交座標ロボット制御

直交座標ロボットは、点から点への移動を行うための最適な方法ですが、複雑な補間動作や輪郭に沿った動作も可能です。必要な動作の種類によって、システムに最適な制御装置、ネットワークプロトコル、HMI、その他の動作コンポーネントが決まります。

これらの部品はロボットの軸とは独立して配置されていますが、ほとんどの場合、モーター、配線、その他の軸上電気部品に影響を与えます。これらの軸上要素は、設計上の最初の2つの考慮事項である位置決めとケーブル制御に影響を及ぼします。

その結果、設計プロセスは一周して、直交座標ロボットを電気ハードウェアやソフトウェアに接続された機械部品の集合体としてではなく、相互接続された電気機械装置として構築することの重要性を強調することになる。

直交座標ロボットの作業範囲

ロボットの構成によって、作業範囲の形状は異なります。この作業範囲は、マニピュレータとエンドエフェクタの作業領域を規定するため、特定の用途に適したロボットを選択する際に非常に重要です。様々な目的において、ロボットの作業範囲を検討する際には、以下の点に注意する必要があります。

1. 作業範囲とは、ロボットアームの先端にある点（通常はエンドエフェクタの取り付け位置の中央）からアプローチできる作業量のことです。エンドエフェクタが所有する計測機器やワークピースは含まれません。

2. ロボットアームが動作範囲内に入り込めない場所が存在する場合があります。デッドゾーンとは、そのような特定の領域のことです。
記載されている最大積載量は、そのようなアーム長でのみ達成可能であり、そのアーム長が最大到達距離に達するかどうかは保証されません。

3. デカルト座標系における動作範囲は直方体です。動作範囲内にはデッドゾーンがなく、ロボットは動作範囲全体にわたってペイロード全体を操作できます。