デカルト座標系は、3次元空間をシンプルで分かりやすい数値体系で表現する優れた方法です。3次元空間のデカルト座標系では、互いに直交する3つの座標軸（直交軸）があり、それらは原点で交わります。

3つの軸は一般的にx軸、y軸、z軸と呼ばれます。3次元空間内の任意の点は、(x, y, z)という3つの数値で表されます。xは原点からx軸に沿った距離、yは原点からy軸に沿った距離、zは原点からz軸に沿った距離を表します。

直交座標型（ガントリー型）ロボット

直線軸を用いて移動するメカトロニクスロボットは、直交座標ロボット、リニアロボット、またはガントリーロボットと呼ばれます。ガントリーロボットはガントリークレーンに似ており、動作も同様です。しかし、ガントリーロボットは昇降や移動機能に限定されません。要件に応じて、独自の機能を持たせることも可能です。

直交座標ロボットは、水平面内の動きを制御する上部構造と、垂直方向の動きを駆動するロボットアームを備えています。xy軸またはxyz軸に沿って動作するように設計できます。ロボットアームは足場の上に設置され、水平面内で移動可能です。ロボットアームの先端には、使用用途に応じてエフェクタまたは工作機械が取り付けられます。

直交座標ロボットとガントリーロボットは同義語として使われることが多いが、ガントリーロボットは一般的に2つのX軸を持つのに対し、直交座標ロボットは（構成に応じて）2つまたは3つの軸のうちそれぞれ1つずつしか持たない。

 

それらはどのように機能するのか？

直交座標ロボットは、一般的にサーボモーター駆動による直線運動のみで動作します。使用される直線アクチュエータは、用途に応じて様々な形態があります。駆動方式は、ベルト駆動、ケーブル駆動、ねじ駆動、空気圧駆動、ラックアンドピニオン駆動、またはリニアモーター駆動などがあります。一部のメーカーは、改造なしですぐに使用できる完成済みの直交座標ロボットを提供しています。また、別のメーカーは、様々なコンポーネントをモジュールとして提供しており、ユーザーはそれぞれの用途に合わせてこれらのモジュールを組み合わせて使用​​できます。

ロボットアーム自体には「視覚」機能を持たせることも、動作中は「視覚を持たない」ようにすることも可能です。動作を実行する前に対象物を識別するために、光センサーやカメラを取り付けることができます。例えば、直交座標ロボットは研究室でサンプルをつかんで移動させるのに使用できます。コンピュータ支援ビジョンを使用して試験管、ピペット、スライドなどを認識し、カメラから送られる位置データに基づいてアームが対象物をつかむことができます。

直交座標ロボットは、6軸ロボットなどの他のロボットシステムに比べて、プログラミングが非常に容易であるという利点があります。直交座標ロボットの動作ロジックは、単一のモーションコントローラで処理できます。ロボットは直線運動のみを行うため、制御が容易です。直交座標ロボットの動作制御には、複雑なPLCやマイクロチップのアレイは必要ありません。この特性は、ロボットの動作プログラミングを容易にする上でも役立ちます。

 

特徴と利点

直交座標ロボットは、同等の6軸ロボットに比べて可搬重量が大きくなっています。この可搬重量の大きさに加え、低コストでプログラミングも容易なため、幅広い産業用途に適しています。ガントリーロボットは、基本的に支持構造を備えた直交座標ロボットであり、さらに大きな可搬重量を運搬できます。直線ロボットの動作範囲は、既存の機構に互換性のあるモジュールを追加することで拡張できます。直交座標ロボットのこのようなモジュール性により、汎用性が大幅に向上し、産業環境における耐用年数も長くなります。

直交座標ロボットは、回転座標ロボットに比べて高い精度と正確性を備えています。これは、直交座標ロボットは直線運動のみで、回転運動を考慮する必要がないためです。直交座標ロボットの公差はマイクロメートル（μm）単位ですが、6軸ロボットの公差は一般的にミリメートル（mm）単位です。

 

直交座標ロボットの応用例

汎用性の高さ、低コスト、そしてプログラミングの容易さから、直交座標ロボットは産業現場における多くの用途で活用できる可能性を秘めています。そのいくつかを見ていきましょう。

• 選んで配置する：ロボットアームには、回転式コンベアやコンベアベルトから様々な部品を識別するための、何らかの種類の画像認識装置が搭載されています。アームはこれらの物体をつかみ、異なる容器に分類することができます。ピッキングと分類は、1本のロボットアームで実行可能です。
• プロセス間転送：生産ラインでは、工程内の製品をある場所から別の場所へ移送する必要が生じる場合があります。これは、デュアルドライブ式リニアロボットを使用することで実現できます。これらのロボットは、工程の他の部分に応じて、ビジョンシステムや時間同期と組み合わせて使用​​できます。
• 組み立てシステム：製品の部品を組み立てる際に同じ手順を何度も繰り返さなければならない場合、リニアロボットを使用して作業を自動化することができる。
• 接着剤およびシーラントの塗布：多くの製造工程では、部品間に接着剤やシーラントを塗布する必要があります。これは、大型自動車製造から小型電子機器製造まで幅広く用いられています。接着剤やシーラントは、非常に正確な量と場所に塗布しなければなりません。リニアロボットのアームに高精度な液体ディスペンサーを接続することで、接着剤やシーラントを高精度に塗布することが可能です。
• パレタイジングとデパレタイジング：梱包作業では、パレットを使用して商品を容易に輸送します。直交座標ロボットを使用することで、パレットへの商品の積み付けとパレットからの商品の取り出しの両方を自動化できます。
• CNC工作機械用工具：コンピュータ数値制御（CNC）方式の機械は、エンジニアリング設計ソフトウェアで作成された設計に基づいて製品を製造するために使用されます。CNC機械では、ロボットアームにさまざまな工具を取り付けたリニアロボットが広く用いられています。
• 精密スポット溶接：特定の製造工程では、特殊な溶接技術が求められます。溶接アームを備えたリニアロボットは、作業面上の正確な位置に高精度な溶接を行うことができます。このような用途では、マイクロメートル（μm）単位の高い精度が重要となります。

リニアロボットには、他にも多くの産業用途があります。例えば、薬剤塗布装置、組立機や試験機のベースマシン、挿入装置、スタッキング装置、シーリング自動化、マテリアルハンドリング、保管・取り出し、切断、マーキング、仕分けなどが挙げられます。