ロボット組み立てのための設計

スカラ ロボットがいくつかの小さなプラスチック部品をすばやく組み立てるのを見ていると、それが人間であると考えずにはいられません。速く、正確で、疲れ知らずですが、それでも人間です。

実際には、ロボットと人間の組み立て能力を同等にするのは危険です。 人間の組み立て者にとって簡単なことでも、ロボットにとっては困難または不可能な場合があり、その逆も同様です。 ロボットの組み立てを確実に成功させるには、エンジニアは部品、製品、プロセスをロボット固有の要件に適応させる必要があります。

理想的には、エンジニアは設計プロセスの早い段階でロボットの組み立てに関連する問題に対処する必要があります。 ドイツのシュヴィーバーディンゲンにあるボッシュ・レックスロス社の販売および製品管理ディレクターであるティエリー・デュモン氏によると、ロボットワークセルの構築は、もともと手動で組み立てられた製品の方が、自動で組み立てられるように設計された製品よりも困難です。

「部品は自動化向けに設計されていないため、難しい場合があります」と彼は言います。 「顧客が製品を設計しているときに協力できれば、製品自体には何も追加しないかもしれないが、組み立てをかなり改善できる機能を組み込むことができます。」

グリッパーメーカー SCHUNK のオートメーション担当副社長である Tom Reek 氏もこれに同意します。 同氏は、最良の自動化プロジェクトとは、明確に定義された部品とプロセスを備えたプロジェクトであると述べています。 部品の設計が完成し、部品を拾い上げてから降ろすまでのロボットの経路が決まりました。

「未知のものが関与すると問題が発生します」と彼は言います。 「たとえば、部品を扱うグリッパーを設計したものの、その後設計が変更されたとします。 ここで、突然、クリアランスの問題または表面の特徴が発生し、部品を適切にグリップすることができなくなります。

「あるいは、ある方向で部品をピックアップするグリッパーを設計しても、フィーダーから別の方向で出てくるため、当初意図していた領域を掴むことができなくなります。

「私たちはまた、その部分がどこへ行くのか知りたいと思っています。 ロボットが射出成形機から部品を取り出してビンに落とすだけの場合、部品を取り出すのは大したことではありません。 しかし、たとえばロボットがアセンブリにコネクタを挿入する場合、どのような表面を掴むことができるのか、またアセンブリがどのくらいの深さであるのかを知る必要があります。」

ロボットの組み立てを確実に成功させるには、エンジニアは部品、製品、プロセスをロボット固有の要件に適応させる必要があります。 写真提供：Robert Bosch GmbH

手動および機械による組み立てプロセスを改善するための設計ガイドラインの多くは、ロボットによる組み立てにも適用されます。 たとえば、製品の部品数を減らすと、組み立てに使用される装置の種類に関係なく、コストが削減され、プロセスの信頼性が向上します。

他のガイドラインはロボットに特化したものです。 たとえば、人間の組み立て作業者とは異なり、ほとんどのロボットは片手で部品を持ち、もう一方の手で工具を握ることができません。 むしろ、スカラ ロボットと直交ロボットは「片手」であり、3 つまたは 4 つの軸に沿ってしか移動できません。 そのため、製品は下から上に重ねて組み立てられるように設計する必要があります。

「製品がロボットによる組み立て用に設計されていない場合、多くの場合、複数の側面からアクセスする必要があることがわかります」と Dumont 氏は言います。 「上からすべてにアクセスできるようにしたいと考えています。」

アセンブリの方向を変更すると、価値は追加されずにサイクル タイムが増加します。 備品のコストも高くなります。 また、組立業者は、スカラ ロボットやデカルト ロボットの代わりに、より高価な 6 軸ロボットを必要とする場合があります。

同様の理由で、部品はロボットによって取り付けられた後も所定の位置に留まるように設計する必要があります。 さらに良いことに、部品はスナップフィットで設計できるため、後で固定したり、溶接したり、接着したりする必要がなくなります。 さらに、ロボットは専用の「ハード」オートメーションと同じ再現性で動かすことができないため、部品には、ロボットによる部品の挿入を支援するリップや面取りなどの自動位置合わせ機能が必要です。

「アセンブリを設計するときに最初に考慮すべきことの 1 つは、『コンポーネントを組み合わせたいかどうか』ということです」と、エプソン ロボットのアプリケーション エンジニアリング マネージャー、フィル バラッティ氏は言います。 「部品が所定の位置に収まるはずのときに、無理に取り付けなければならない場合、自動組み立てで問題が発生する可能性があります。」