産業用マニピュレーターまたはロボットマニピュレーターは、直接接触することなく材料を操作または制御するために使用される機械です。もともとは、人が扱うのが難しい放射性またはバイオハザードの物体を操作するために使用されていました。しかし、現在では、重いものを持ち上げたり、高精度で連続的に溶接したりするなど、多くの業界で使用されています。業界以外では、病院でも手術器具として使用されています。そして今、1日の医師は、手術でロボットマニピュレーターを広く使用しています。
さまざまな種類の産業用マニピュレータについて説明する前に、ジョイントについて説明したいと思います。
ジョイントには2つの参照があります。1つ目は、固定されている通常の参照フレームです。2番目の参照フレームは固定されておらず、その構成を定義するジョイント位置（またはジョイント値）に応じて、最初の参照フレームに対して移動します。
さまざまなタイプの産業用マニピュレータの製造に使用される2つのジョイントについて学習します。
1.回転ジョイント：
それらには1つの自由度があり、オブジェクト間の回転運動（1つの自由度）を表します。それらの構成は、最初の参照フレームのz軸を中心とした回転量を表す1つの値によって定義されます。
ここでは、2つのオブジェクト間の回転ジョイントを見ることができます。ここで、フォロワーはそのベースの周りを回転運動することができます。
2.プリズマティックジョイント：
プリズマティックジョイントには1つの自由度があり、オブジェクト間の並進運動を記述するために使用されます。それらの構成は、最初の参照フレームのz軸に沿った平行移動の量を表す1つの値によって定義されます。
ここでは、1つのシステムでさまざまなプリズムジョイントを見ることができます。
さまざまなタイプの産業用マニピュレータ
産業では、要件に応じて多くの種類の産業用マニピュレータが使用されます。それらのいくつかを以下に示します。
- デカルト座標ロボット：
この産業用ロボットでは、3つの主軸に角柱状の関節があるか、互いに直線的に移動します。デカルトロボットは、自動車産業のように接着剤を塗布するのに最適です。デカルト主義の主な利点は、複数の直線方向に移動できることです。また、直線挿入が可能で、プログラミングも簡単です。デカルトロボットの欠点は、このロボットのほとんどのスペースが使用されていないため、スペースがかかりすぎることです。
- スカラロボット：
スカラの頭字語は、セレクティブコンプライアンスアセンブリロボットアームまたはセレクティブコンプライアンス多関節ロボットアームの略です。スカラロボットは人間の腕に似た動きをします。これらのマシンは、「肩」と「肘」の両方の関節と、「手首」軸および垂直方向の動きで構成されています。スカラロボットには、2つの回転ジョイントと1つのプリズムジョイントがあります。スカラロボットは動きが制限されていますが、他の6軸ロボットよりも速く動くことができるという利点もあります。また、非常に剛性が高く、耐久性があります。これらは主に、パレタイズ、DEパレタイズ、機械のロード/アンロード、組み立てなど、高速で再現性のある明確なポイントツーポイントの動きを必要とする目的のアプリケーションで使用されます。その欠点は、動きが制限されており、柔軟性が低いことです。
- 円筒形ロボット：
基本的には、円筒形のポールの周りを移動するロボットアームです。円筒形のロボットシステムには、3つの運動軸があります。円運動軸と、アームの水平および垂直運動における2つの直線軸です。つまり、1つの回転ジョイント、1つの円筒形ジョイント、1つの角柱ジョイントがあります。今日、円筒座標ロボットはあまり使用されておらず、より柔軟で高速なロボットに取って代わられていますが、6軸ロボットが開発されるずっと前から、作業の組み付けや保持に使用されていたため、歴史上非常に重要な位置を占めています。その利点は、2つのポイントの半径が同じである場合、デカルトロボットよりもはるかに高速に移動できることです。その欠点は、デカルト座標系から円筒座標系に変換するための労力が必要になることです。
- PUMAロボット：
PUMA（Programmable Universal Machine for Assembly、またはProgrammable Universal Manipulation Arm）は、組立、溶接作業、大学の実験室で最も一般的に使用されている産業用ロボットです。スカラロボットよりも人間の腕に似ています。スカラよりも柔軟性がありますが、精度も低下します。そのため、組み立て、溶接、オブジェクトの処理など、精度の低い作業で使用されます。3つの回転ジョイントがありますが、すべてのジョイントが平行であるとは限りません。ベースから2番目のジョイントは他のジョイントに直交しています。これにより、PUMAはX、Y、Zの3つの軸すべてに準拠します。その欠点は、精度が低いため、重要で高精度が必要なアプリケーションで使用できないことです。
- 極座標ロボット：
球形ロボットと見なされることもあります。これらは、極座標系に配置できる球形またはほぼ球形の作業エンベロープを備えた固定ロボットアームです。デカルトロボットやスカラロボットよりも洗練されていますが、その制御ソリューションははるかに複雑ではありません。ほぼ球形のワークスペースを作るために、2つの回転ジョイントと1つのプリズムジョイントがあります。その主な用途は、生産ラインでの操作の処理とロボットのピックアンドプレースです。
手首のデザインに関しては、2つの構成があります。
人間の腕のようなPitch-Yaw-Roll（XYZ）と、球形の手首のようなRoll-Pitch-Roll。球形の手首は、機械的に実装が簡単なため、最も人気があります。それは、ロボットで操作するときに識別でき、その結果回避できる特異な構成を示します。堅牢なソリューションのシンプルさと単一の構成の存在との間のトレードは、球形の手首のデザインに有利であり、それが成功の理由です。