ロボットティーチングについて

ロボット導入におけるティーチングとはいわば、『ロボットに動きを教えること』です。

導入後の産業用ロボットはティーチングに始まりティーチングに終わるといってもよいでしょう。

インクリメンタルステッピングモータロータリーエンコーダ 

みなさんが一番想像しやすいロボットアームと呼ばれる垂直多関節ロボットで例えると、”多関節”ということもあり、駆動する箇所がいくつかあります。なので、自由度が高く、例えば”右に回転してワークを取る”、”左に回転してハンドの向きを変えてネジ締めをする”、など作業工程に合った動作をさせることができます。

中空シャフト ステッピングモーター

しかし、作業工程は十人十色、会社ごとでそれぞれちがいますよね。そんな各作業工程に合ったロボットの動作を指示するために、ティーチングが必須となっています。具体的には、「どういう条件のときに、どういう順番で、どう動くか」を指示します。また、後ほどご説明しますが、ティーチング作業には”特別教育”の資格が必要なのでご注意ください。

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業務で活躍するロボット

最も多くロボットが利用されているのは物流倉庫です。棚を運ぶロボットが通販大手のAmazonを中心に多く利用されています。人が棚まで移動するのではなく、ロボットが棚を持ってきてくれるのです。それまでは商品を棚まで取りに行くため、作業員は毎日数キロもの距離を移動していましたが、ロボット導入により作業員が動く必要がなくなりました。物流ではこのほかにも、在庫確認ロボットや商品の運搬ロボットなどが多く使われています。

デジタルステッピングドライバ 

　また、清掃ロボットも活躍しています。業務用清掃ロボットは家庭用よりも大きいのですが機能はあまり変わりません。吸い込むパワーやゴミを溜め込む容量が大きくなったものと考えればいいでしょう。コロナの影響で清掃員が出社できなくなったことを背景に、コロナ禍での利用が大きく伸びました。最近はバリアフリーの建物が増え、ロボットの動きやすい環境が整ってきており、清掃ロボットは今後数年間で「当たり前」になると予測されます。

　医療向けロボットもコロナ禍で躍進しました。Intuitive Surgical社の「ダヴィンチ・システム」という手術用ロボットは、医者が遠隔から操作して手術を行うロボットです。このような遠隔操作型ロボットを「テレプレゼンスロボット」と言います。医療向けではそのほかに、院内搬送ロボットも多く使われています。搬送する物は多岐にわたり、入院患者用の食事や薬、書類などが自律運搬されています。

　昨今、急速にロボットを活用し始めたのはフード業界です。配膳ロボットは食事をテーブルまで自律的に配膳し、調理ロボットはオーダーされた食事を自律的に作ります。スパゲッティや蕎麦を茹でるロボットは人間が使うストレーナー（茹でる時に使う、ざる）を使って茹でたり揚げたりします。そのほか、ピザを焼くロボット、クレープを作るロボットなどもあります。調理業務はいくつかの業務工程に分けることができ、工程の多くをロボット化できますので、今後はますます活用されていくことでしょう。

CNC空冷スピンドルモーター

　業務利用のロボットは上記で挙げた業界のほかに農林水産業、建設業などでも活発に利用され始めています。前号でも述べましたが、ビジネスシーンでのロボット活用は生産効率を大きく向上させ、働き方を大きく改善します。また家庭内ロボットは人々に、家庭における時間的、心身的な余裕を与え、結果的に家庭の外で働ける人の数と生産性を向上させます。つまりロボット活用は経済活性の鍵であると言えるのです。

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切削加工で製作できる部品

切削加工で作れる部品とはどのような形状でしょうか。ここでは、まずはイメージを持っていただくために、代表的な部品例をご紹介します。

1、1～2軸加工品

一つの方向から穴をあけたり、切込みを入れたりしてできる形状が最も簡易に製作できる部品となります。穴加工のように1軸方向のみの加工や、同じ高さで輪郭を加工したり、窪みを入れたりする平面的な加工も比較的簡易な加工です。下の例のように、フラットな板にネジ穴やキリ穴などをあけただけのベースプレートや、一部切り欠きや面取りを施したブロックなどが典型的です。穴や切り欠きに加え、輪郭、ポケット(窪み)の加工も可能です。

一体型ステッピングモータ

2、多面加工品

1～2軸加工品を1方向だけではなく複数の方向から施したような加工品です。左図のブラケットのように、1方向からの輪郭形状、穴加工、ポケット加工、切り欠き加工のほか、横方向から穴加工を施しています。右図のハウジングは横方向から溝加工、別の方向から穴加工を施しています。このような加工は、素材をひっくり返して向きを変えて、それぞれの向きで形状加工をします。1方向から加工を施した後、素材をひっくり返して再度固定するわけですが、このような作業を段取り替えとも呼びます。

3、多軸加工品

ブロック状ではなく、全体的に複雑な形状をした部品も加工できます。素材を色々な向きに固定しなおしたり、5軸加工機と呼ばれる最新の機械を使ったりすることで、多面的な複雑形状の製作が可能です。

航空機部品などで多用される加工方法です。下の図は、典型的な航空機部品の形状(イメージ)です。

自由曲面と穴加工などが組み合わさっており、ボスが立っていたり、全体的に肉抜き形状になっているなど複雑で薄肉構造が多いのが特徴です。

4、3軸加工

1方向からの加工でも、滑らかな局面(自由曲面など)を削る方法を同時3軸加工と言います。曲面に沿ってボールエンドミルという先端が丸い刃物を動かして、仕上げていきます。左図のように自由曲面を持つ部品はもちろんですが、右図のように人や動物をスキャンしたような曲面も加工することができます。曲面に沿って3次元的に同時に主軸を動かさなければいけませんので、3次元加工に対応したCAM(Computer Aided Manufacturing)と呼ばれる専用のアプリケーションでNCプログラムを作成します。射出成型部品などの金型の切削加工などでもよく使われる加工方法です。

バイポーラステッピングモーター

5、同時多軸加工

最新の5軸加工機や複合加工機の中でも、工具の動きと同期して素材もぐるぐる回転させながら加工する同時加工によってしか加工できない形状もあります。

左図のようなローターブレードと呼ばれる形状(同時4軸)や、右図インペラのような形状(同時5軸)が典型的です。このように一定の素材方向からだけでは加工できないような入り組んだ形状加工にも、切削加工は強みを発揮します。

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軸流ファンモーターの特徴

軸流ファンモーターの主な特徴は以下の2つです。

取り付け簡単

ステッピングモーター 平行軸ギアボックス

軸流ファンモーターは遠心式のファンなどに比べて構造がシンプルなため、取り付けがしやすいのが特徴です。サイズや特性のバリエーションが多く、選択肢が豊富です。

バイポーラステッピングモータ

風量が多い

軸流式のプロペラファンは、静圧が低い代わりに風量が大きいという特徴があります。風量の大きさは冷却効果に直結しやすいため、機器内部の温度を素早く下げたい場合に最適です。コンパクトで風量が大きいことから、省スペース性と機能性を両立させることができます。

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3Dプリンタの方式(種類)と各方式の特徴・用途

3Dプリンタの歴史は今から40年ほど前に国内で考案されました。

当初は産業用途でプロトタイプの部品などを製作するために利用され、当時は大変高価なものでした。

しかし、時間の経過とともに低価格化が進み、民生用の製品を見かけるようになり、ずっと身近な存在となりました。

現在では、使用する材料や加工法により、主に以下のような方式があります。

① 光造形方式 (SLA: Stereo Lithography Apparatus)

「光造形方式」は、光硬化性の液体樹脂の材料を使用して、紫外線レーザー光の照射により一層ずつ積層して形成します。

比較的に大型の部品の製造も可能で、微細性に優れています。

 
防水クローズドループステッピングモーター

② 熱溶解積層方式 (FDM: Fused Deposition Modeling)

「熱溶解積層方式」は、熱可塑性の樹脂のフィラメント材料を高温で溶かし、ノズルから一層ずつ積層させることで形成します。

高い耐久性や耐熱性に優れていますが、表面の滑らかさなどに欠けます。

 

③ インクジェット方式

「インクジェット方式」には、光硬化性の樹脂をインク状にして吹き付けて、紫外線を照射して固形化させる「MJ方式 (Material Jetting)」と、粉末状の素材に「バインダー」と言われる結合剤を吹き付けて加熱により固める「BJ方式 (Binder Jetting)」があります。BJ方式は「粉末固着積層方式」とも言われます。

いずれも表面が滑らかな仕上がりで、微細性に優れています。

 

④ 粉末焼結積層方式 (SLS: Selective Laser Sintering)

「粉末焼結積層方式」では、粉末状の樹脂や金属に、高出力のレーザー光を照射することで焼結させて形成します。

微細性や耐久性に優れており、鋳型などの製造にも用いられます。

集積式ステッピングモータ用ドライバ

⑤ シート積層方式

シート積層方式には主に2つの方式があります。

「積層製造方式 (Laminated Object Manufacturing)」は、熱可塑性樹脂の薄いシート間に特殊な接着剤を用いて積層していく手法です。

もう一つは「超音波結合方式(Ultrasonic Consolidation)」で薄い金属シートを超音波により積層結合する方式です。最終工程でカット作業などが生じるため後加工する用途にメリットがあります。

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