【XY軸とXYZ軸の向き】

直交座標ロボットは、X、Y、Zの直交座標系に沿って2軸または3軸で動作します。SCARAロボットや6軸ロボットの方が広く知られていますが、直交座標システムは半導体製造から木工機械まで、考えられるほぼすべての産業用途で使用されています。直交座標ロボットがこれほど広く普及しているのは当然のことです。構成はほぼ無限にあり、用途のパラメータに合わせて容易にカスタマイズできるからです。

従来、直交座標ロボットはシステムインテグレーターやエンドユーザーが社内で設計・製造していましたが、現在ではほとんどのリニアアクチュエータメーカーが、設計、組み立て、起動にかかる時間を大幅に短縮できる既製直交座標ロボットを提供しています。既製直交座標ロボットを選択する際には、用途に最適なシステムを確実に手に入れるために、以下の3つの点に留意してください。

【オリエンテーション】

ロボットの向きは多くの場合、用途によって決まります。重要な要素は、部品を上から扱う必要があるか、またはプロセスを上から行う必要があるか、下から行う必要があるかです。また、システムが他の固定部品や可動部品に干渉せず、安全上の危険をもたらさないことも重要です。幸いなことに、直交ロボットは、用途や設置スペースの制約に合わせて、さまざまなXYおよびXYZ構成で利用できます。標準的な多軸配置では、アクチュエータを垂直または横向きに取り付けるオプションもあります。この設計上の選択は通常、剛性を考慮して行われます。一部のアクチュエータ（特にデュアルガイドレールを備えたもの）は、横向きに取り付けた方が剛性が高くなるためです。

最も外側の軸（XY構成ではY軸、XYZ構成ではZ軸）については、ベースを固定してキャリッジを移動させるか、キャリッジを固定してベースを移動させるかを選択できます。キャリッジを固定してベースを移動させる主な理由は、干渉を防ぐためです。アクチュエータが作業領域に突き出ていて、他のシステムやプロセスが通過する際に邪魔にならないように移動する必要がある場合、ベースを移動させることでアクチュエータの大部分を格納してスペースを確保できます。ただし、移動質量と慣性が増加するため、ギアボックスやモーターのサイズを決定する際にはこれを考慮する必要があります。また、モーターが移動するため、ケーブルマネジメントは軸と一緒に移動できるように設計する必要があります。プレエンジニアリングされたシステムでは、これらの問題を考慮し、すべてのコンポーネントが直交座標系の正確な向きとレイアウトに合わせて適切に設計およびサイズが決定されています。

【負荷、ストローク、速度】

これら3つのアプリケーションパラメータは、ほとんどの直交ロボットの選定基準となります。アプリケーションでは、特定の負荷を一定時間内に特定の距離だけ移動させる必要があります。しかし、これらのパラメータは相互に依存しており、負荷が増加すると、最終的には最大速度が低下し始めます。また、ストロークは、最外側のアクチュエータが片持ち式の場合は負荷によって、アクチュエータがボールねじ駆動の場合は速度によって制限されます。そのため、直交ロボットシステムのサイジングは非常に複雑な作業となります。

設計と寸法決定作業を簡素化するため、直交座標ロボットメーカーは通常、指定されたストローク長と方向における最大荷重と最大速度を示すチャートや表を提供しています。しかし、メーカーによっては、最大荷重、ストローク、および速度の性能をそれぞれ独立して記載している場合があります。公開されている仕様が相互に排他的なのか、それとも最大荷重、速度、およびストロークの仕様を同時に達成できるのかを理解することが重要です。

【精度と正確性】

リニアアクチュエータは、直交ロボットの精度と正確さの基盤となります。アクチュエータの種類（ベースがアルミニウム製かスチール製か、駆動機構がベルト式、スクリュー式、リニアモーター式、空気圧式かなど）は、精度と再現性を決定する主な要因です。しかし、アクチュエータの取り付け方や固定方法も、ロボットの移動精度に影響を与えます。組み立て時に精密に位置合わせされ、ピンで固定された直交ロボットは、一般的にピンで固定されていないシステムよりも移動精度が高く、その精度を長期間維持しやすくなります。

多軸システムでは、軸間の接続は完全に剛体ではなく、各軸の動作には多数の変数が影響します。そのため、移動精度と再現性を数学的に計算したりモデル化したりすることは困難です。直交座標系システムが要求される移動精度と再現性を満たすことを確実にする最善の方法は、メーカーが同様の負荷、ストローク、速度でテスト済みのシステムを探すことです。ほとんどの直交座標系ロボットメーカーは、これがユーザーにとって重要な懸念事項であることを認識しており、さまざまなアプリケーションにおける性能に関する「実世界」データを提供するために、自社システムのテストを実施しています。

プレエンジニアリングされた直交ロボットは、社内で設計・組み立てを行うロボットに比べて大幅なコスト削減を実現します。多軸システムのサイズ選定、発注、組み立て、起動、トラブルシューティングには数百時間かかる場合もありますが、プレエンジニアリングシステムなら、選定と起動に数時間しかかかりません。また、メーカーの標準製品には幅広い構成、ガイドタイプ、駆動技術が用意されているため、設計者やエンジニアは性能を妥協したり、用途に必要な以上の機能に費用をかけたりする必要がありません。