産業用ロボットと聞いて、何を思い浮かべますか？

こうした多関節ロボットは、自動車会社のCMやロボットダンスの映像のおかげで広く知られています。SCARA（Selective Compliance Articulated Robot Arm）ロボットも、1980年代初頭から工場で採用され普及してきたため、よく知られています。多関節ロボットとSCARAロボットはどちらも直線運動と回転運動を組み合わせることで、複雑な作業に対応できる機動性を実現しています。多関節ロボットは人間の腕に似ており、3つの並進（直線）軸と3つの回転軸（肩、肘、手首を想像してください）の6つの運動軸があります。SCARAロボットは、X、Y、Z、θの4つの運動軸を持っています（肩が固定された状態の腕に似ています）。

大衆文化ではあまり知られていないものの、包装から半導体製造まで幅広い産業用途で広く使われているのが、直交座標ロボットです。その名の通り、これらのロボットはX、Y、Zの3つの直交座標軸で動作しますが、アーム先端ツール用のシータ軸を備える場合もあります。多関節ロボットやSCARAロボットほど「魅力的」ではありませんが、直交座標ロボットはサイズに対してより高い耐荷重能力を持ち、多くの場合、より高い精度を実現するなど、はるかに汎用性に優れています。また、製品や用途の要件の変化に合わせて、比較的少ない再構成で軸をアップグレードまたは変更できるため、適応性も非常に高いと言えます。

しかし、直交座標ロボットは、その構造上、片持ち梁構造のため、耐荷重に制約があります。特に、最も外側の軸（Y軸またはZ軸）のストローク長が長い場合、支持軸に大きなモーメント荷重がかかるため、この制約は顕著になります。長いストロークと高い荷重が求められる場合は、ガントリーロボットが最適なソリューションとなります。

デカルト座標系からガントリー座標系へ：

ガントリーロボットは、直交座標ロボットの改良型で、直交座標ロボットの単一のベース軸ではなく、2つのX軸（またはベース軸）を使用します。追加のX軸（場合によっては追加のY軸とZ軸）により、ロボットはより大きな負荷と力を扱うことができ、重いペイロードのピックアンドプレースや部品の積み下ろしに最適です。各軸はリニアアクチュエータに基づいており、OEMまたはインテグレーターが組み立てた「自作」アクチュエータでも、リニアモーション会社から提供される組み立て済みのアクチュエータでも構いません。つまり、高速、長いストローク、重いペイロード、高い位置決め精度など、あらゆる組み合わせに対応できるほぼ無限のオプションがあります。過酷な環境や低騒音といった特別な要件も容易に組み込むことができ、アプリケーションで同時かつ独立したプロセスが必要な場合は、水平軸を複数のキャリッジを使用したリニアモーターで構築できます。

ガントリーロボットは通常、作業エリアの上に設置されます（そのため、「オーバーヘッドガントリー」という一般的な用語があります）が、太陽電池やモジュールのように、部品が上からの取り扱いに適していない場合は、ガントリーを部品の下から作業するように構成できます。また、ガントリーロボットは通常、非常に大きなシステムと考えられていますが、デスクトップサイズの小型マシンにも適しています。ガントリーロボットには 2 つの X 軸、つまりベース軸があるため、Y 軸と Z 軸によって発生するモーメント荷重と作業ペイロードは、X 軸にかかる力として解決されます。これにより、システムの剛性が大幅に向上し、ほとんどの場合、同様の直交ロボットよりも軸のストローク長が長くなり、速度が速くなります。

2つの軸が並列に配置されている場合、2つの軸間のわずかな同期ずれによって生じる可能性のある引っ掛かりを防ぐため、モーターで駆動するのは一方の軸のみとなるのが一般的です。両方の軸を駆動する代わりに、接続シャフトまたはトルクチューブを使用してモーターの動力をもう一方の軸に伝達します。また、場合によっては、第2軸は「アイドラ」またはフォロワーとなることもあり、これは負荷を支えるためのリニアガイドで構成され、駆動機構は備えていません。第2軸を駆動するかどうか、またどのように駆動するかは、2つの軸間の距離、加速度、および接続部の剛性によって決まります。一対の軸のうち一方のみを駆動することで、システムのコストと複雑さも軽減できます。

直交ロボットやガントリーロボットのサイズ決定は、SCARA ロボットや多関節ロボットのサイズ決定（通常、リーチ、速度、精度の 3 つのパラメータで指定される）よりも複雑ですが、メーカーは、レックスロスの EasySelect コンフィギュレーターや Adept の 3D リニア モジュール ビルダーなどの事前構成済みシステムやオンライン ツールを導入することで、過去数年間でこのプロセスを容易にしてきました。これらのツールを使用すると、ユーザーは軸の向きとサイズ、基本的なストローク、負荷、速度のパラメータを指定できます。ダウンロード可能な CAD ファイルも直交ロボットおよびガントリーロボットのメーカーから標準的に提供されており、SCARA ロボットや多関節ロボットと同様に、設計やワークフロー レイアウトに簡単に統合できます。多関節ロボットや SCARA ロボットは容易に認識でき、直交ロボットは広く展開されていますが、ガントリー設計は、比類のないレベルのカスタマイズと柔軟性で、負荷、速度、リーチ、繰り返し性における固有の制限を克服します。一言で言えば、ガントリーロボットは、ペイロードとストロークの最適な組み合わせを提供します。