産業用ロボットといえば、何を思い浮かべますか?

このような多関節ロボットは、自動車会社のCMやロボットダンスシーン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・普及が進んだことで広く知られています。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、複雑な作業にも対応できる操作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、6つの運動軸（並進軸3つ、回転軸3つ（肩、肘、手首をイメージしてください））を持ちます。SCARAロボットは、X、Y、Z、シータ（肩を固定した腕のような感覚）の4つの運動軸を持ちます。

ポップカルチャーではあまり知られていませんが、包装から半導体製造に至るまで、産業用途では広く普及しているのが直交ロボットです。その名の通り、これらのロボットはX、Y、Zの3つの直交軸で動作しますが、アーム先端ツール用のシータ軸を搭載することもできます。多関節ロボットやスカラロボットほど「魅力的」ではありませんが、直交ロボットははるかに汎用性が高く、サイズに対して高い積載能力を備え、多くの場合、精度も優れています。また、製品やアプリケーションの要件の変化に合わせて、比較的わずかな再構成で軸をアップグレードまたは変更できるため、適応性も高くなっています。

しかし、直交ロボットは片持ち梁構造という本質的な制約があり、その耐荷重は限られています。特に、最外軸（Y軸またはZ軸）のストロークが長く、支持軸に大きなモーメント荷重がかかる場合には、その傾向が顕著になります。長いストロークと高い荷重が必要な場合は、ガントリーロボットが最適なソリューションです。

直交座標からガントリー座標へ:

ガントリーロボットは、直交ロボットの改良型で、直交ロボットの単一のベース軸ではなく、2 つの X (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荷重と力を処理できるため、重いペイロードのピックアンドプレースや部品のロードとアンロードに最適です。各軸は、OEM またはインテグレーターによって組み立てられた「自家製」アクチュエーターであっても、リニアモーション会社によって組み立てられたアクチュエーターであっても、リニアアクチュエーターに基づいています。つまり、高速、長いストローク、重いペイロード、および高い位置決め精度の任意の組み合わせを可能にするオプションはほぼ無限にあります。過酷な環境または低ノイズに関する特別な要件も簡単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を実行する必要がある場合は、複数のキャリッジを使用してリニアモーターで水平軸を構築できます。

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使われます）。しかし、太陽電池やモジュールのように、部品が上からのハンドリング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。ガントリーロボットは一般的に非常に大規模なシステムと考えられていますが、小型の、さらにはデスクトップサイズの機械にも適しています。ガントリーロボットには2つのX軸（ベース軸）があるため、Y軸とZ軸によって生じるモーメント荷重と作業荷重は、X軸の力として分解されます。これによりシステムの剛性が大幅に向上し、多くの場合、同様の直交ロボットよりも軸のストローク長を長くし、速度を上げることができます。

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拘束を防ぐため、モーターで駆動される軸は片方のみであることが一般的です。両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、もう一方の軸が「アイドラー」またはフォロワとなることもあります。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。2つの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、および軸間の接続部の剛性によって異なります。2つの軸のうち片方だけを駆動することで、システムのコストと複雑さを軽減することもできます。

直交ロボットやガントリーロボットのサイジングは、スカラロボットや多関節ロボット（通常、リーチ、速度、精度の3つのパラメータで指定されます）のサイジングよりも複雑です。しかし、メーカーはここ数年、Rexroth社のEasySelectコンフィギュレータやAdept社の3Dリニアモジュールビルダーといった、事前構成済みのシステムやオンラインツールを導入することで、このプロセスを簡素化してきました。これらのツールを使用することで、ユーザーは軸の方向とサイズ、そして基本的なストローク、負荷、速度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 ロボットの製造元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 ロボットは簡単に認識され、直交ロボットは広く導入されていますが、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により、負荷、速度、到達範囲、再現性に関する固有の制限を克服しています。つまり、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。