アーク溶接ロボットの構造

アーク溶接ロボットは、以下の3つの部分から成り立ちます。

マニピュレータ
マニピュレータは、ベース部分とリンク、ジョイント、エンドエフェクタから構成されています。エンドエフェクタに装着されている溶接トーチ(溶接用品部分)を取り替えることで、色々な金属の溶接を実現します。通常、マニピュレータは、サーボモーターによる複数軸多関節構造となっています。

コントローラ
コントローラは、読み込んだデータを保管する部分と、マニピュレータとの通信を行う部分で構成されています。アーク溶接ロボットの頭脳に該当する部分です。

プログラミングペンダント
プログラミングペンダントは、マニピュレータの動作手順に関するデータを作成したり、変更や修正などを行う部分です。接触する力や動作スピードなどを制御することで、さまざまな用途にアーク溶接ロボットが使えるようになります。ペンダントを直接操作してティーチングできるタイプのものもあります。

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塗装ロボットのメリット

労働環境の改善
塗料が飛散する塗装工程は作業員にとって過酷な労働環境です。塗装ロボットを導入することによって人間にとって危険な作業を減らし、作業員の労働環境を改善することができます。

複雑な形状の塗装に対応
塗装ロボットの多くは人の腕の動きに近い動きを再現できるため、長時間かけて手作業でおこなっていた複雑な塗装などもロボットで自動化することが可能です。

また屋根の塗装など足場の悪い現場での作業を塗装ロボットで代替すれば、作業員の安全を確保しながら業務を効率化することができます。

熟練工の技術の再現・継承
中小企業をはじめ人手不足に頭を抱えている塗装現場は多いと思いますが、塗装ロボットに作業内容を教えること(ロボットティーチング)によって、熟練工のようにムラのない均一な塗装を何度でも再現することが可能になります。

また、熟練工の動きをロボットに学習し再現させることは、少子高齢化などによる技術継承問題への対策としても有効です。

品質・生産量が安定する
塗装ロボットは一定の作業を一定品質で一定時間継続することができるため、製品品質や生産量を高水準で安定させることが可能です。その結果、品質管理や納期管理がしやすくなるというメリットがあります。

また、塗料の消費量についても無駄が少ないため、事業費管理もしやすくなります。

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直交ロボットが多くの製造現場で使われている理由

直交ロボットが多くの製造現場で使われている理由は下記となります。

1.組み合わせの自由度が高い
2.他のロボットと比べると頑丈で、重量が大きいワークや製品の持ち運びが可能
3.作業領域内において動作のブレが少ない
4.高速な動作が得意
5.構造の単純さから低価格で導入できる

組み合わせの自由度が高い
直交ロボットは稼働範囲の自由さはないものの、組み合わせの自由度は高く、必要な仕様に合わせやすいという特徴を持っています。また、他のロボットに比べて構造が単純なため、制御がしやすく、直交ロボットは複数台を組み合わせて動作させることもできます。複数台の直交ロボットや他のロボットを上手く連携することで円を描くような動作ができたり、素材のカットをすることができたり、様々な作業をさせることができます。

他のロボットと比べると頑丈で、重量が大きいワークや製品の持ち運びが可能
構造の単純さから、他のロボットに比べて頑丈さも兼ね備えており、重量が大きいワークや製品の持ち運びも可能です。この特徴から、搬送や組立工程でも重宝されています。

作業領域内において動作のブレが少ない
直交ロボットはシンプルな構造でロボットを構成するパーツが少なく、フレキシブルな動きをする軸が存在しないため、剛性に優れています。剛性の高さゆえに、作業領域内に置いて動作のブレが少なく、安定した作業を継続して行ってくれます。

高速な動作が得意
上記と重複しますが、直交ロボットのシンプルな構造や構成パーツの少なさは作業のブレを軽減するため、高速な動作をも実現します。他のロボットと比べても素早い動作を可能とするため、サイクルタイムを気にする作業でも比較的導入しやすいロボットです。

構造の単純さから低価格で導入できる
最後のメリットですが、なんといってもその構造の単純さから、他のロボットよりも安価に導入することができるようになります。ロボット導入に成功している事例企業の視察に行くと、この直交ロボットが多く動いている光景を目にします。

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3Dプリンター用のデータを作成する方法

1:3DCADを利用してデータを作成する

3DCADを使うと、3Dプリンターのデータを作成できます。
3DCADで3Dプリンターのデータを作る場合、1つ1つのフィーチャーを組み合わせる形で製品にします。
フィーチャーというのは、円錐や立方体などのデータであり、このデータをすべて組み合わせる形で最終的に3Dプリンターのデータとして完成させます。

3DCADを使うメリットとデメリット
3DCADを使うメリットは、寸法が正確に作られる点です。
他の方法では寸法が上手に作られないのですが、機械部品や自動車の製品にも使われる3DCADであれば正確な寸法でデータを作成できます。
デメリットは、ある程度の知識がないと3Dプリンター用のデータとなる形状を作成できない点です。

3DCADソフト
3DCADのソフトは、フリーソフトから高額なソフトまで多種多彩なものが揃っています。
フリーソフトでも十分に3Dプリンター用のデータを作成することができます。

2:3DCGツールを利用してデータを作成する

次に3DのCGツールを利用して3Dプリンターのデータを作る方法です。
こちらはフィギュアなどの曲面が多い製品に対して使われる方法で、角ばった製品を作るのであれば3DCADが向いています。

3DCGツールの種類
CGツールと言っても様々で、例えば複数の三角形を組み合わせて3D形状を作成するポリゴンベースのモデラーもあれば、スプラインカーブを使って形状を作成するモデラーもあります。
CGツールを使って3Dプリンター用のデータを作成するなら、ポリゴンベースタイプがおすすめです。
特に、レジンアートやフィギュアなどを作成したい場合に適した方法です。

3DCGツールのメリットとデメリット
ポリゴンベースのCGツールの場合、三角形を組み合わせて面を作ります。特に数値による制御が必要ないため、初心者の方にも扱いやすいというメリットがあります。
一方で、正確な寸法を入力して形状を作成する3DCADとは違い、一定のサイズで作成することが難しいというデメリットもあります。

3DCGツールのソフト
フィギュア作りなど曲面を多用する製品を作りたい場合は、3DのCGツールを使ってください。
こちらもフリーソフトが配布されているほか、高額で販売されているソフトもあります。
最初にフリーソフトで試して、より高い機能を望むのであれば有料のソフトに切り替えるといいでしょう。
フリーのCGソフトでオススメなのが「Blender」です。

3:実物をスキャンしてデータを作成する

これは製品が既に存在している場合に使う方法です。
3Dスキャナーを用意して、既存の製品を読み取ってデータを作成します。
プロ仕様で高精度の3Dスキャナー「EinScan Pro HD」や、人物の3Dスキャンにも対応可能な「EinScan H」などが人気です。

また、3Dプリンターの中には、スキャナー機能を持ったプリンターがあります。
プリンターのスキャナー機能を利用してデータを取り、そのデータをそのまま3Dプリンターで出力して製品を作る方法です。

スキャンデータのメリットとデメリット
この方法は自分でデータを作成できないデメリットを持っているほか、既に作られている製品だけにしか対応できません。

あまり実物を使ってデータを作るという方法は使われませんが、大量生産などが必要な場合、既に作られている製品をスキャナーに入れれば、短時間で3Dプリンターのデータが得られるメリットを持っています。

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DCモータの駆動電圧を変化させる方法の違いによる、2種類の電圧制御方式

DCモータの駆動電圧を変化させる方法として、PWM、PAMの2種類の方式があります。

PWM方式
PWMとはパルス幅変調(Pulse Width Modulation)の略です。パルス状に電圧を印加する方式の一つで、パルス幅(オンデューティー量)を変調させることで、モータを駆動する電圧(平均電圧)を変化させます。

PWM方式は回路構成が比較的単純で、DCモータでは一般的に使われています。

PAM方式
PAMとはパルス振幅変調(Pulse Amplitude Modulation)の略です。この方式ではパルスの電圧レベルを変えることで、モータに印加される電圧を変化させます。

PAM方式はPWM方式より回路構成が複雑です。高電圧で駆動させる大型のDCモータや、10万回転/分を超えるようなDCモータなどで、高効率化のために用いられることが多いです。

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水平多関節ロボットとは

水平多関節ロボットは多関節ロボットの一種で、主に水平方向に動作する3つの回転軸を備えた産業用ロボットのことを指します(さらに上下方向に動作する1軸が付加された製品が一般的です)。先に説明した垂直多関節ロボットと同じく複数の動作軸を持つロボットで、別名スカラロボットと呼ぶこともあります。

水平多関節ロボットは、シリアルリンクメカニズムを採用したロボットです。シリアルリンクメカニズムとは、各動作軸が直列に接続されており、目標位置に向かう際にこれらの動作軸を順番に動かすことでロボットの動きをつくる仕組みのことを指します。垂直多関節ロボットもシリアルリンクメカニズムを採用していますが、3次元的な動きが可能で、水平多関節ロボットは2次元的な動きしかできません。この違いがあるため、水平多関節ロボットは垂直多関節ロボットよりも制御が容易であり、位置決め制度などの性能も上回ります。

このように、水平多関節ロボットと水平多関節ロボットは同じ多関節ロボットでも特性が違うため、実施したい仕事に合わせて使い分ける必要があります。それぞれのロボットの使用例は以下の通りです。

垂直多関節ロボット:侵入経路が複雑な場所へのワーク搬送、溶接などのあおる動作などが必要な作業
水平多関節ロボット:単純なワーク搬送、1方向へのネジ締めや塗布、ワークの整列

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モバイルロボットの原理

モバイルロボットは個々に性能が異なるので、磁気テープ等を必要としない大体のモバイルロボットが持つ機能、原理について記載します。

内蔵されているレーザースキャナによって、360度の視界が得られ、自分の進む道を判断し、ぶつからないよう障害を避けて通ることができます。さらに両サイド、バック、ローフロントにセンサがついていて衝突を防止しています。

頑丈な金属カバー等を取り付けることで堅牢な造りにし、重量のある荷物を搬送することができます。最大級のモバイルロボットでは1.5tもの重量を搬送できる製品もあります。

複数台使用する場合にはリアルタイムで動きをモニタリングし、コントロールします。地図情報をロボットに入力し、通信機器を利用して一括して複数のロボットに指示を与えることができます。

ロボットは基本的にリチウムイオンの充電池で動作しているので定期的に充電する必要があります。

また、電源のオン、オフボタンはもちろん非常停止ボタンがついており、緊急停止に対応しています。台車やタッチスクリーンつきのロボットもあります。

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