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2021.12.28

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ロボットアーム(マニピュレータ)とは? -種類や選び方のポイントを解説-

産業用ロボットは、さまざまな部品と周辺機器から構成されています。各種部品の中で、ロボットの腕に当たるのが、ロボットアーム(マニピュレータ)と呼ばれる部分です。
ロボットアームはどのような特徴を持つもので、どういった観点で選べば良いのでしょうか。
この記事では、ロボットアームの構造や選定時のポイントなどをご紹介します。

■ロボットアームとは

現代の産業用ロボットでは、アーム型の垂直多関節ロボットが主流となっています。ロボットにおいて、人間の腕に当たる動作を行うのがロボットアームです。マニピュレータとも呼ばれます。

ロボットアームを備えた多関節ロボットは、製造業や物流業で使われているイメージが強いですが、医療分野での研究、農業分野でのスマート農場などでも活用されています。

■ロボットアームの構造

ロボットアームは、ジョイントとリンクの組み合わせで構成されるのが基本です。ジョイントとは関節に当たる部分で、人の腕でいえば肩や肘、手首などが該当します。リンクはジョイントとジョイントをつなぐ棒状の部分で、人間でいうと骨のことです。

ジョイントとリンクからなる多関節構造によって、ロボットアームは複雑な動きを可能にしています。一般的に普及しているのは、2つのリンクと3つのジョイントを組み合わせ、6軸が可動なロボットアームです。

■ロボットアームの種類

ロボットアームは構造によっていくつかの種類に分けられます。それぞれの種類によって、得意とする作業や用途が異なります。

垂直多関節ロボット

人間の腕の動きを再現したロボットアームです。汎用性が高く、溶接やハンドリングなどさまざまな用途で使われています。6軸を備えたものが主流ですが、7軸以上のロボットアームも登場しています。

双腕ロボット

人の上半身のような形をしていて、2本の腕を使って作業を行えます。両側から挟み込むようにワークを持ち上げたり、片方のアームがポジショナーの役割をして別々の作業を行ったりするなど、複雑な作業に使われています。

スカラロボット(水平多関節型)

ジョイントは水平方向にのみ旋回し、水平を維持したままアームが動作するタイプのロボットアームです。Z軸(上下)の動きは先端部分で行うため、アーム部は上下方向の剛性と水平方向への柔軟性を持ちます。

サイズの小さなワークや平面上のワークに対して作業効率が良く、部品を押し込んで組み付ける組み立て作業に適しています。また、導入コストが比較的低めです。

パラレルリンク

パラレルメカニズムと呼ばれる、複数のリンクで1点の動きを制御する方式を使ったロボットアームです。異なる角度から張られた複数の操り糸によって、操り人形のように動作します。

可搬重量は大きくありませんが、高速動作を行えるのが特徴です。ベルトコンベアで流れるワークに対して、高速な加工や処理を行う場面で活躍します。

直角座標型(直交)ロボット

XYZ軸方向にそれぞれスライドするユニットを直角に組み合わせた、シンプルな構造のロボットです。各ユニットは直線的な動きしかできませんが、同時に動くことで可動範囲内の座標に位置決めを行えます。目的に合わせて軸数を増やすなど、柔軟に対応が可能な点がメリットです。

■ロボットアームの選び方のポイント

ロボットアームは構造によっていくつかの種類に分けられます。それぞれの種類によって、得意とする作業や用途が異なります。

可動範囲の広さと自由度

ロボットアームが届く範囲や作業できる範囲内で、目的の作業を実行可能か検討します。不可能な場合は、ロボットアームの再選定またはライン設計の見直しが必要です。一般的に軸数が多いほど自由度も大きくなるため、複雑な動きができる垂直多関節ロボットが主流となっています。 一方で、直角座標型(直交)ロボットはシンプルな動きしかできませんが、高速な動きが可能で位置決め精度も高く、メンテナンス性が良好というメリットがあります。

それぞれのロボットアームで特徴が異なるため、目的ごとの使い分けが重要です。

可搬重量

可搬重量とはロボットが持ち運びできる重量のことをいいます。ロボットアームごとに可搬重量が異なるため、確認しておく必要があります。このとき、アームに取り付けるロボットハンドの重量も含まれることに留意しましょう。

駆動方法

一般的な駆動方式は電気で、精度の高さや高速動作を優先する場合に適しています。 一方、重量物を取り扱う場合は、大きな力を出しやすい油圧モータや油圧シリンダを用いた産業ロボットが適しています。

周辺機器との連動性

ロボットアームによる作業は、周辺機器との連動性を考慮することも重要です。例えば、ワークを運ぶ搬送装置に対してロボットアームの動作が速すぎる場合、工程の合間に無駄な待機時間が生まれてしまい、生産性の向上を見込めません。 周辺機器や製造ラインまで含めて、どれくらいの機能を備えたロボットアームが必要か検討する必要があります。

■作業に応じて適切なロボットアームを選ぶことが大切

ロボットアームは種類によって得意とする作業や動作が異なります。また、コストバランスも選定の基準のひとつとして重要です。高精度なロボットほど高価な傾向にあるので、コストに見合わない場合、レンタルを選択肢に入れるのも良いでしょう。

周辺機器や製造ラインまで含めて、どれくらいの機能を備えたロボットアームが必要か検討する必要があります。