デカルト座標幾何学は、三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手法です。三次元空間におけるデカルト座標系では、互いに直交する3本の座標軸（直交軸）が原点で交わります。

3つの軸は一般的にx軸、y軸、z軸と呼ばれます。3次元空間上の任意の点は、(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（ガントリー）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、動作も似ています。しかし、ガントリーロボットは持ち上げや移動の機能に限定されません。要件に応じてカスタム機能を持たせることもできます。

直交ロボットは、水平面内の動作を制御する頭上構造と、垂直方向の動作を制御するロボットアームを備えています。XY軸またはXYZ軸で動作するように設計できます。ロボットアームは足場に設置され、水平面内で移動できます。ロボットアームの先端には、使用場所の機能に応じてエフェクタまたは工作機械が取り付けられています。

直交ロボットとガントリー ロボットは同じ意味で使用されますが、ガントリー ロボットには通常 2 つの X 軸があるのに対し、直交ロボットには 2 つまたは 3 つの軸がそれぞれ 1 つだけあります (構成によって異なります)。

 

どのように機能するのでしょうか?

直交ロボットは、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。使用されるリニアアクチュエータは、具体的な用途に応じて様々な形態があります。駆動システムは、ベルト駆動、ケーブル駆動、ネジ駆動、空気圧駆動、ラックアンドピニオン駆動、リニアモーター駆動などです。メーカーによっては、改造なしでそのまま使用できる既製の直交ロボットを提供しているところもあります。また、様々なコンポーネントをモジュールとして提供しているメーカーもあり、ユーザーは特定のユースケースに合わせてこれらのモジュールを組み合わせて実装することができます。

ロボットアーム自体には「視覚」機能を搭載することも、動作中に「視覚なし」にすることもできます。光センサーやカメラを取り付けて、動作を実行する前に物体を識別できます。例えば、直交座標系ロボットは、実験室でサンプルのピッキングや移動に使用できます。コンピュータ支援視覚を用いて試験管、ピペット、またはスライドを認識し、アームはカメラから送られる位置データに基づいて物体を掴むことができます。

6軸ロボットなどの他のロボットシステムと比較した直交ロボットの利点は、プログラミングが非常に容易なことです。直交ロボットの動作ロジックは、1つのモーションコントローラで処理できます。ロボットは直線動作のみであるため、制御が容易です。直交ロボットの動作制御に、複雑なPLCやマイクロチップを多数必要としません。この特性により、ロボットの動作プログラミングも容易になります。

 

特徴と利点

直交ロボットは、同等の6軸ロボットと比較して、より高い可搬重量を誇ります。これに加え、リニアロボットは低コストでプログラミングが容易なため、様々な産業用途に適しています。ガントリーロボットは、基本的に支持脚を備えた直交ロボットであり、さらに高い可搬重量を運ぶことができます。リニア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。このモジュール性により、直交ロボットは汎用性が大幅に向上し、産業用途における長寿命化を実現します。

直交ロボットは、回転ロボットに比べて高い精度と精密度を備えています。これは、直交ロボットが直線運動のみを行い、回転運動を考慮に入れる必要がないためです。直交ロボットの許容誤差はマイクロメートル（μm）単位ですが、6軸ロボットの許容誤差は一般的にミリメートル（mm）単位です。

 

直交ロボットの用途

汎用性、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分野の様々な用途で活用できます。いくつか例を見てみましょう。

• ピックアンドプレース:ロボットアームには、カルーセルやベルトコンベアから様々な部品を識別するための視覚装置が搭載されています。アームはこれらの部品をピッキングし、異なる容器に仕分けることができます。ピッキングと仕分けは、1本のロボットアームで行うことができます。
• 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動させる必要がある場合があります。これは、デュアルドライブリニアロボットを使用することで実現できます。工程の残りの部分に応じて、ビジョンシステムや時間同期機能と併用できます。
• 組み立てシステム：製品の部品を組み立てるために同じ手順を何度も繰り返す必要がある場合、リニアロボットを使用してタスクを自動化できます。
• 接着剤およびシーラントの適用：多くの生産工程では、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。大型自動車の製造から小型電子機器の製造まで、幅広い分野で活用されています。接着剤やシーラントは、非常に正確な量と正確な位置に塗布する必要があります。リニアロボットのロボットアームは高精度の液体ディスペンサーに接続することができ、接着剤やシーラントを高精度に塗布できます。
• 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れば、パレットへの商品の積み込み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工作機械ツール:コンピュータ数値制御（CNC）ベースの機械は、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マシンでは、ロボットアームにさまざまなツールが取り付けられたリニアロボットが広く使用されています。
• 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正確な溶接を実現します。マイクロメートル（μm）単位の高い許容誤差は、このような用途に役立ちます。

リニアロボットの産業用途は他にも数多くあります。例えば、薬剤の塗布、組立・試験機のベースマシン、挿入ユニット、スタッキング装置、シーリング自動化、材料ハンドリング、保管・取り出し、切断、スクライビング、​​仕分けなどです。