実験室などでの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片持ち構造が有利です。ガントリーロボットは、両端に水平部材を支持された直交座標系ロボットです。物理的にはガントリークレーンに似ていますが、ガントリークレーン自体は必ずしもロボットではありません。ガントリーロボットは巨大で、重い荷物を運ぶことができます。

ガントリーロボットと直交ロボットの違い

直交ロボットは各軸に1つのリニアアクチュエータを備えていますが、ガントリーロボットは2つの基本軸（X軸）と、それらにまたがる2つ目の軸（Y軸）を備えています。この設計により、2つ目の軸が片持ちになるのを防ぎ（詳細は後述）、直交ロボットと比較してガントリーのストローク長がさらに長くなり、より大きなペイロードを実現できます。

最も一般的な直交ロボットは、オーバーハング荷重（モーメント荷重）に対する優れた保護性能を備えたデュアルガイド設計を採用しています。しかし、デュアルリニアガイドを備えた軸は、シングルガイドを備えた軸よりも設置面積が大きくなります。これに対し、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。これは、選択する軸の種類が直交システムの効率だけでなく、全体的な設置面積にも影響を与えるという議論に基づいています。

直交ロボットアクチュエータ

直交座標系が最適な選択肢である場合、次に設計要素となるのは通常、アクチュエータ制御ユニットです。アクチュエータ制御ユニットは、ボルト、ネジ、または空気圧駆動システムのいずれかです。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付きで提供されます。

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けるもう一つの重要な機能ですが、初期段階ではしばしば無視され（あるいは単に設計の後の段階に先送りされ）、制御のために、空気（空気圧軸の場合）、エンコーダ入力（サーボ駆動の直交座標軸の場合）、センサー、その他の電気機器など、各軸には複数のケーブルが接続されます。

システムとコンポーネントが産業用 IoT (IIoT) を通じて接続される場合、それらをリンクするために使用する方法とツールがさらに重要になり、これらのチューブ、ワイヤ、コネクタは両方とも適切に配線され、過度の曲げによる早期疲労や他のデバイス コンポーネントとの干渉による中断を回避するために維持される必要があります。

必要なケーブルの種類と本数、そしてケーブル管理の複雑さは、制御とネットワークプロトコルの種類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干渉がないようにしてください。

直交ロボット制御

直交座標系ロボットは、点対点動作を行うのに適した方法ですが、複雑な補間動作や輪郭動作も実行できます。必要な動作の種類に応じて、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。

これらのコンポーネント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、その他の軸上に必要な電気部品に影響を与えます。これらの軸上の要素は、最初の2つの設計上の考慮事項、つまり位置決めとケーブル制御に影響を与えます。

その結果、設計プロセスは一周して元に戻り、電気ハードウェアとソフトウェアに取り付けられた機械部品のセットとしてではなく、相互接続された電気機械デバイスとして直交ロボットを構築することの重要性が強調されます。

直交ロボット作業範囲

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。様々な目的のために、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（通常はエンドエフェクタの取り付け位置の中央）から接近できる作業量を指します。エンドエフェクタが所有する器具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ることができない場所が時々あります。デッドゾーンとは、特定の領域を指す名称です。
記載されている最大積載量は、このようなアームの長さでのみ達成可能であり、最大到達範囲に達する場合と達しない場合があります。

3. 直交配置の動作範囲は直方体です。動作範囲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全ペイロードを操作できます。