手作業による材料や部品のハンドリング作業を伴う製造・梱包工程は、カスタムアームエンドツール（EoAT）と高度なセンシング機能を備えた長距離直交座標ロボットを導入することで、自動化によるメリットを即座に享受できます。これらのロボットは、マシンテンディングや工程内部品の搬送など、通常は手作業で行われる作業を様々な機械に委託することで支援します。

直交ロボットは、2つ以上の協調直線位置決めステージで構成されています。そのため、自動化に不慣れな設計エンジニアにとっては、最初に思い浮かぶものではないかもしれません。多くの人は、ロボットといえば、工場の現場でますます導入が進んでいる6軸多関節ロボットを思い浮かべるかもしれません。経験豊富な自動化エンジニアでさえ、直交ロボットを軽視し、6軸モデルに注目する傾向があります。しかし、長距離移動が可能な直交座標系の利点を無視することは、特にロボットに以下の動作を要求する用途では、大きな損失につながる可能性があります。

1. 複数の機械を管理する

2. 遠くまで届く

3. 単純かつ反復的な操作を実行します。

6軸ロボットの問題点

当然のことながら、多関節ロボットは、電子機器の組み立てや医療業界をはじめとする、数多くの自動化製造・梱包施設で重要な役割を果たしています。適切なサイズのロボットアームであれば、プログラミングによる（アーム先端のツール変更による補完を含む）さまざまな自動タスクを柔軟に実行し、大きなペイロードを扱うことができます。しかし、6軸ロボットは高価になる場合があり、高いロボット密度が必要です。高いロボット密度とは、施設では梱包機1台または2台ごとに別々のロボットが必要になる可能性が高いことを意味します。もちろん、2台以上の梱包機に対応できる、より大型で高価な6軸ロボットも存在しますが、工場のエンジニアが1台の非常に大きなロボットの周りに機械を配置する必要があるため、これらは最適なソリューションとは言えません。また、多関節ロボットには安全ガードが必要であり、貴重な床面積を消費し、熟練した従業員によるプログラミングとメンテナンスも必要です。

長距離直交座標系の場合

直交座標型ロボットが6軸ロボットよりも優れた性能を発揮する主な理由は、必要なロボット密度を低減できる点です。つまり、1台の長距離移動型直交座標型搬送ロボットで複数の機械を搬送できるため、ロボットの周囲に機械を再配置する必要がありません。

搬送ロボットは機械の上部に設置されるため、床面積を占有しません。そのため、安全ガードの要件も軽減されます。さらに、直交座標系ロボットは初期セットアップ後のプログラミングやメンテナンスがほとんど必要ありません。

注意すべき点は、直交ロボットシステムの機能には大きなばらつきがあるということです。実際、エンジニアがオンラインで直交ロボットについて調べると、生産機械や組立機械におけるピックアンドプレース作業に最適化された小型システムが数多く見つかります。これらは基本的に、既製の直交ソリューションに組み込まれた直線ステージであり、大規模な作業に役立ち、以下のパラメータを満たす必要がある搬送ロボットとは大きく異なります。

長距離旅行:複数の大型機械を管理するために購入されるロボットは、ストロークが 50 フィート以上である必要があります。

複数のキャリッジとカスタムのアーム先端ツール:長尺搬送ロボットは、複数の独立動作キャリッジを装備することで主軸を移動させ、最大限の効果を発揮します。これにより、1台の直交ロボットで複数の作業を実行できるようになります。この生産性をさらに高めるのが、既製のEoAT（真空グリッパーやフィンガーグリッパーなど）よりも効率的に物品をハンドリングできる専用ツールです。多くの場合、カスタムEoATは直交ロボットと連携して動作するマテリアルハンドリングシステムの設計を簡素化します。

簡素化された制御アーキテクチャ:最近の新しい直交座標ロボットの中には、従来の個別のモーター、ドライブ、コントローラーに基づく制御アーキテクチャを捨て、サーボドライブを含む統合型サーボモーターを採用し、制御盤の必要性をなくしているものもあります。最も複雑な直交座標ロボットアプリケーションでは、依然として従来のアーキテクチャが求められる場合もありますが、統合型サーボモーターは、ほとんどの直交座標ロボットのポイントツーポイントのモーション制御要件を巧みに処理します。設計エンジニアが統合型サーボモーターを使用できる場合、後者は直交座標ベースのオートメーションのコストメリットを最大限に高めるのに役立ちます。

選択的な使用:直交ロボットは、作業対象となる機械の上または後ろに設置されるため、必要に応じて手動で機械を操作することも可能で、例えば特殊なサイズの短い作業を行う場合などに役立ちます。床置き型の6軸ロボットでは、機械へのアクセスを遮ってしまうため、このような選択的な使用は困難です。

具体的な直交座標ロボットの例

一部の直交座標型ロボットは、最高速度4m/秒を実現しながら、ストロークが50フィート（約15メートル）を超えるものもあります。標準的なキャリッジにはデュアルベルトドライブ技術が採用されている場合もありますが、中には内部で連続的にループする上部駆動ベルトを備えたキャリッジもあります。後者は、倒立型や片持ち型の配置におけるベルトのたるみを防ぎ、複数の独立したキャリッジが1つの軸上で同時に動作することを可能にします。

長いベルトは、駆動ラインの剛性を低下させ（ひいては性能を低下させる）、直交座標系ロボットの設計を複雑にします。これは、長いベルトで所定の張力を維持することが困難であり、さらに（さらに悪いことに）ベルト張力が非対称かつ変動するためです。この問題により、長い循環ベルトは、正確な位置決めを行うには性能が低く、扱いにくく、コストのかかる選択肢となります。

一方、モータ駆動型リニアステージでは、ベルトの長さを短くタイトに保ち、キャリッジ内に収納することで、エンコーダによる制御に応答します。直交座標系での搬送システムの長さ（4mでも40mでも）に関わらず、精度が維持されます。

包装業界における応用例

長距離移動の直交ロボット搬送ユニットは、供給、箱詰め、トレイ形成のアプリケーションで動作し、パレタイジングおよびデパレタイジング操作を処理できます。

農産物の包装を考えてみましょう。カリフォルニア州セントラルバレーの農産物包装会社への最近のアプリケーションでは、あるメーカーが既存のIPAKトレイ成形機システムにシームレスに統合できる長距離搬送ロボットを納入しました。各ロボットは一度に最大4台の機械を操作し、積み重ねられた段ボールシートを充填します。3軸ガントリーロボットは、ベルト駆動式の高耐久性リニアサーボモーターステージを搭載しており、無制限の移動距離、独立して移動するキャリッジ、そしてステージを任意の方向に設置できる機能を備えています。このロボットの最長軸は、トレイ成形機の列の上を50フィートを超えるストロークで移動します。

4台のトレイ成形機に段ボールシートを搬送するため、ロボットはまず、段ボールシートパレットを収納する特注のドックから段ボールシートを取り出し、各トレイ成形機に段ボールシートを搬送します。ロボットの速度（最高4m/秒）により、毎分35トレイの生産能力でも、4台のトレイ成形機を楽々と移動できます。

安全ガードには、必要に応じてロボットを囲うために監視対象マシンから上昇する頭上のスライド ゲートとセンサーが使用され、床置き型の 6 軸ロボットよりもコストの低いソリューションが実現します。

このシステムには、高さや重量が予測不可能に変化する段ボールシートの山を扱えるすべての制御装置とカスタムEoATも含まれています。このツールは50kgまでの積載量を問題なく処理できます。このソリューションにより、かつてはパレットから段ボールの束を持ち上げて成形機に挿入するために体を傾けなければならなかった作業員の負担が軽減されます。これらの作業を自動化することで、作業員は負担の少ない作業に集中できるようになりました。大型搬送ロボットは、梱包現場における直交座標ロボットシステムの活用例の1つにすぎません。一部のサプライヤーは、同様の直交座標アプローチに基づくパレタイジングおよびデパレタイジングシステムも開発しています。これらのロボットはすべて、センサー、制御装置、アーム先端ツールを備えた3つのリニアステージを採用し、最大限の効果と効率性を備えた梱包自動化を実現します。