手作業による材料や部品の取り扱いを伴う製造・包装作業は、カスタムエンドエフェクタ（EoAT）と高度なセンシング機能を備えた長ストローク直交ロボットによる自動化によって、即座にメリットを享受できます。これらのロボットは、機械の監視や工程内部品の搬送など、従来は手作業で行っていた作業を、さまざまな機械で実行できるようにサポートします。

直交座標ロボットは、2つ以上の協調した直線位置決めステージで構成されているため、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、ロボットというと、工場現場でますます活用されている6軸多関節ロボットを連想します。経験豊富な自動化エンジニアでさえ、直交座標ロボットを軽視し、6軸モデルに注目するかもしれません。しかし、長距離移動が可能な直交座標システムの利点を無視することは、特にロボットに次のような機能を求めるアプリケーションにおいては、大きな損失につながる可能性があります。

1. 複数の機械を操作する

2. 長い長さに届く

3. 単純で反復的な作業を行う。

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、数多くの自動化された製造・包装施設、特に電子機器組立や医療業界で広く利用されています。適切なサイズのロボットアームは、プログラミングによって指示されたさまざまな自動化タスクを柔軟に実行できるだけでなく、大きなペイロードを扱うこともできます（アーム先端のツール交換によって補完されます）。しかし、6軸ロボットは高価であり、高いロボット密度が求められます。後者は、施設では包装機1台または2台ごとに個別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台以上の機械に対応できる、より大型で高価な6軸ロボットも存在しますが、これらも最適とは言えません。なぜなら、工場のエンジニアは、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からです。また、多関節ロボットは安全ガードを必要とし、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となります。

長距離移動型直交座標系リニアシステムのメリット

直交座標ロボットが6軸ロボットよりも優れている大きな理由は、必要なロボット密度を低減できる点にある。実際、長距離移動が可能な直交座標搬送ロボット1台で、ロボット周辺の機械配置を変更することなく、複数の機械を搬送できるのだ。

搬送ロボットは搬送対象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、安全対策の必要性も軽減されます。さらに、直交座標ロボットは初期設定後はプログラミングやメンテナンスがほとんど不要です。

注意すべき点として、直交座標系ロボットシステムの性能は大きく異なることが挙げられます。実際、エンジニアがオンラインで直交座標系ロボットについて調べると、生産機械や組立機械での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多数見つかります。これらは基本的に、市販の直交座標系ソリューションに組み込まれた直線ステージであり、より大規模な作業で有用であり、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。

長旅：複数の大型機械のメンテナンスに使用するロボットは、ストローク長が50フィート（約15メートル）以上でなければならない。

複数のキャリッジとカスタムエンドオブアームツーリング：長尺搬送ロボットは、主軸に沿って移動する複数の独立動作キャリッジを装備することで最大限の効果を発揮します。これにより、1台の直交座標ロボットで複数のロボットの作業をこなすことが可能になります。この生産性をさらに高めるのが、真空グリッパーやフィンガーグリッパーといった市販のEoAT（エンド・オブ・アームズ・ツール）よりも効率的に物品を扱うための専用ツールです。多くの場合、カスタムEoATは、直交座標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することもできます。

簡素化された制御アーキテクチャ：最新の直交ロボットの中には、従来のモーター、ドライブ、コントローラーを別々に構成する制御アーキテクチャではなく、サーボモーター（サーボドライブ内蔵）を統合することで、制御盤を不要にしているものがあります。最も複雑な直交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必要となる場合もありますが、統合サーボモーターは、ほとんどの直交ロボットのポイントツーポイント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サーボモーターを使用できる場合、それは直交ロボットベースの自動化におけるコストメリットを最大限に引き出すのに役立ちます。

選択的使用：直交座標ロボットは、操作対象となる機械の上部または後方に設置されるため、必要に応じて機械を手動で操作することも可能です。例えば、特殊なサイズの製品を少量生産する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妨げる可能性があるため、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

一部の直交座標ロボットは、4m/秒の速度で50フィートを超えるストロークを実現できます。標準的なキャリッジにはデュアルベルト駆動技術が採用されている場合があり、また、上部駆動ベルトが内部で連続的にループするタイプのキャリッジもあります。後者の方式は、逆さ配置や片持ち梁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同時に軸上で動作することを可能にします。

長いベルトは、駆動系の剛性を低下させるため（ひいては性能低下につながる）、直交ロボットの設計を複雑にする。これは、長いベルトで一定の張力値を維持することが難しく、さらに悪いことに、ベルトの張力が非対称かつ変動するためである。この問題により、長い循環ベルトは、高精度な位置決めには性能が低く、扱いにくく、コストもかかる選択肢となる。

対照的に、可動モーター式リニアステージはベルト長を短く、かつしっかりと固定し、キャリッジ内に収めることで、エンコーダからの信号に基づく制御に応答できるようにしています。精度は、直交座標系における搬送システムの長さ（4mでも40mでも）に関わらず維持されます。

包装業界における応用例

長距離移動が可能な直交座標ロボット搬送ユニットは、供給、カートニング、トレイ成形などの用途で使用され、パレタイジングおよびデパレタイジング作業にも対応できます。

農産物包装を例に考えてみましょう。カリフォルニア州セントラルバレーにある農業包装会社への最近の導入事例では、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供給しました。各ロボットは一度に最大4台の機械を操作し、段ボールシートを積み重ねてトレイに充填します。この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ベースとしており、移動距離に制限がなく、キャリッジは独立して移動し、ステージを任意の方向に取り付けることができます。このようなロボットの最長軸は、50フィート（約15メートル）を超えるストロークでトレイ成形機群の上を走行します。

段ボールシートを4台のトレイ成形機に供給するため、ロボットはまず、段ボールシートのパレットを保管する特注のドックから段ボールをピックアップします。次に、ロボットは各トレイ成形機に段ボールを供給します。ロボットは最大4m/秒の速度で動作するため、毎分35枚のトレイを生産する場合でも、4台のトレイ成形機に容易に対応できます。

安全対策として、操作対象の機械からせり上がるオーバーヘッドスライドゲートとセンサーを使用し、必要に応じてロボットを囲むことで、床置き型の6軸ロボットよりも低コストなソリューションを実現している。

このシステムには、高さや重量が予測不能に変化する段ボールシートのスタックに対応できるすべての制御機能とカスタム EoAT も含まれています。ツールは最大 50 kg のペイロードを問題なく処理できます。このソリューションにより、かつてパレットから段ボールの束を持ち上げてかがみ込んで成形機に入れる必要があ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、人員はより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、包装現場で直交ロボットシステムで可能なことの一例にすぎません。一部のサプライヤーは、同様の直交アプローチに基づいて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、最大限に効果的かつ効率的な包装自動化を実現するために、センサー、制御機能、およびエンドオブアームツールを備えた 3 つのリニアステージを採用しています。