システム構成、ケーブル管理、コントロール。

アプリケーションで直交座標ロボットが必要な場合、統合レベルに応じて幅広い選択肢があります。メーカーが製品ラインナップを拡大し、より幅広い性能基準に対応するようになったため、既製の直交座標ロボットの採用は拡大していますが、特殊な環境条件や高度に特殊な性能要件を満たす必要がある場合など、独自の直交座標システムを構築する必要があるアプリケーションもあります。

しかし、「自分で作る」ということは、必ずしも「ゼロから作る」という意味ではありません。例えば、直交ロボットの主要部品であるリニアアクチュエータは、様々な構成が用意されているため、アクチュエータをゼロから作る必要はほとんどありません。また、多くのリニアアクチュエータメーカーは、カタログ仕様のアクチュエータを使って独自の直交システムを比較的簡単に組み立てられる接続キットと取り付けブラケットを提供しています。

しかし、基本的なレイアウトを決定し、適切なリニアアクチュエータを選択することは、ほんの第一歩に過ぎません。アプリケーション要件を満たさない、あるいは想定された設置面積に収まらない直交座標系になってしまうことを避けるために、特に設計段階では、以下の点に留意してください。

システム構成

直交ロボットを設計する際に最初に指定する必要があることの一つは、軸の構成です。これは、必要な動作を実現するだけでなく、システムの十分な剛性を確保するためにも重要です。剛性は、耐荷重、移動精度、位置決め精度に影響を与える可能性があります。実際、直交座標での動作を必要とするアプリケーションの中には、直交システムよりもガントリーロボットの方が適しているものもあります。特に、Y軸のストロークが長い場合や、直交配置によって軸の1つに大きなモーメント荷重がかかる場合は、その傾向が顕著です。このような場合、過度のたわみや振動を防ぐために、ガントリーシステムのデュアルX軸またはデュアルY軸が必要になる場合があります。

直交座標系が最適なソリューションである場合、次の設計オプションは通常、アクチュエータの駆動ユニットです。最も一般的な選択肢は、ベルト、スクリュー、または空気圧駆動システムです。駆動システムに関係なく、リニアアクチュエータは通常、シングルリニアガイドまたはデュアルリニアガイドのいずれかで提供されます。

直交ロボットの大部分は、オーバーハング荷重（モーメント荷重）に対するサポート力に優れているため、デュアルガイド構成を採用しています。しかし、デュアルリニアガイドを備えた軸は、シングルリニアガイドを備えた軸よりも設置面積が広くなります。一方、デュアルガイドシステムは（垂直方向の）長さが短い場合が多いため、機械の他の部品との干渉を防ぐことができます。重要なのは、選択する軸の種類が直交システムの性能だけでなく、全体的な設置面積にも影響を与えるということです。

ケーブル管理

直交ロボット設計において、初期段階で見落とされがちな（あるいは設計の後の段階に先送りされがちな）もう一つの重要な側面は、ケーブル管理です。各軸には、電源、空気（空気圧軸の場合）、エンコーダフィードバック（サーボ駆動直交ロボットの場合）、センサー、その他の電気部品用の複数のケーブルが必要です。システムとコンポーネントが産業用IoT（IIoT）に統合される場合、それらを接続するための方法とツールはさらに重要になります。これらのケーブル、ワイヤー、コネクタはすべて、過度の屈曲による早期疲労や、システムの他の部分との干渉による損傷を防ぐために、慎重に配線と管理を行う必要があります。

直交座標系（スカラ座標系や6軸座標系も含む）ロボットでは、各軸が独立して動作することも、互いに同期して動作することもできるため、この接続はさらに困難になります。しかし、ケーブル管理の複雑さを軽減する方法の一つとして、必要なケーブル数を削減するコンポーネントを使用することが挙げられます。例えば、電源とフィードバックを1本のケーブルに統合したモーターや、モーターとドライブを一体化した組み合わせなどが挙げられます。

制御の種類やネットワークプロトコルも、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に影響を与える可能性があります。また、ケーブル管理システム（ケーブルキャリア、トレイ、ハウジングなど）はシステム全体の寸法に影響を与えるため、ケーブル管理システムとロボットやマシンの他の部品との干渉がないか確認することが重要です。

コントロール

直交ロボットは、ポイントツーポイント動作の頼りになるソリューションですが、複雑な補間動作や輪郭動作も生成できます。必要な動作の種類によって、システムに最適な制御システム、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、ほとんどの場合、直交ロボットの軸とは別に収容されますが、必要なモーター、ケーブル、その他の軸上電気コンポーネントに影響を与えます。そして、これらの軸上コンポーネントは、最初の2つの設計上の考慮事項、つまり構成とケーブル管理に影響を与えます。

したがって、設計プロセスは「一周」し、電気ハードウェアとソフトウェアに単に接続された一連の機械部品としてではなく、統合された電気機械ユニットとして直交ロボットを設計することの重要性が改めて強調されます。