産業用ロボット分野は引き続き力強い成長を遂げており、国際ロボット連盟の統計によると、稼働中のロボットの在庫は約 400 万台となっています。
これらの統計によれば、たとえばプロフェッショナルサービスロボットの売上は昨年、全世界で30%増加し、20万5,000台以上が登録されています。アジア太平洋地域が16万2,284台、欧州が3万3,918台、南北アメリカ地域が8,927台と続いた。
サービス ロボットの好例は、Richtech Robotics の Scorpion です。これは、AI を搭載したシングルアームのドリンク提供ロボットです。 20 種類の材料をサポートでき、幅広いカクテル レシピを提供でき、インテリジェントな会話 AI を使用して顧客と対話します。 AIカメラ技術を利用してジェスチャーや表情を解釈し、顧客と会話することもできる。
Scorpion は、高度な体の動きの検出を提供する NVIDIA Jetson Orin プラットフォームや Nvidia DeepStream ソフトウェア開発キットなどの Nvidia AI テクノロジーを使用して動作を制御します。
AI の使用は確かに見出しを飾りますが、多くの場合、ロボット工学の導入を加速するのに役立つのは他の形式の改善です。たとえば、地味なロボット グリッパーは需要の増加に貢献していますが、いつものようにさらなる開発の余地があります。
大きくて重い商品を地点 A から地点 B に移動する場合でも、小さくて壊れやすいものを組み立てる場合でも、ロボットに関して言えば、それがサービス用ロボットであっても産業用ロボットであっても、幅広い作業に役立ちます。物体を自分で保持して操作できるようにするために、多くのロボットには 1 つ以上のグリッパーが搭載されています。
しかし、それは単にグリッパーを開いたり閉じたりするように指示するほど単純ではありません。これらのロボットは、あらゆる形状やサイズ、さまざまな硬さの材料を扱うことができ、それに応じて適応できなければなりません。
これは難しいことかもしれません。グリッパーは、物体を感知して素早く正確に掴み、落下しないようにしっかりと保持できる必要があります。ただし、グリッパージョー自体を損傷したり、壊れやすい製品を損傷したりする可能性があるため、あまりきつく閉めることはできません。電子アセンブリを考慮することも重要です。小型電子部品の細いコネクタ ワイヤは、取り扱いを誤ると簡単に曲がったり損傷したりする可能性があります。グリッパーのメーカーが避けたいのは、この種の問題です。
適切な動作を確保しながら損傷を防ぐために、ロボット グリッパーには少なくとも 1 つのセンサーが必要です。 物体を効率的に動かし、保持し、組み立てるためには、これらのセンサーが精度と精度の両方を備えていることが不可欠です。
では、これを実現できるセンサーをどのように構築できるのでしょうか?
適切な位置を確保する
グリッパーが正確に移動できるようにするには、グリッパーの正確な位置を同じレベルの精度で知る必要があります。ここで位置センサーが活躍します。
誘導型と光学型といういくつかの異なるタイプが利用可能です。誘導型位置センサーは、電磁誘導を利用して金属物体を非接触で検出します。導電性のターゲットは磁場に乱れを引き起こし、これを感知素子で検出できます。対照的に、光学式位置センサーは、LED と光検出器を使用し、光学スケールを使用して線形変位を非常に高精度で測定します。
測定力
力センサーまたはトルク センサーも重要なセンサー タイプです。人間は自然に力を感じることができますが、たとえば 2 つの物体を押し合わせるときなど、ロボットにはこの感覚がありません。トルクセンサーを統合すると、ロボットに「感覚」を与えることができます。これらは通常、圧力を測定可能な電気信号に変換するひずみゲージを利用します。複数のゲージを組み合わせて、力の強さだけでなく方向も決定できます。その結果、壊れやすい材料であっても扱ったり、製品に損傷を与えるほど過度に作業することなくネジを正確に締めたりできるロボットが誕生しました。
近接性の判断
ここで説明する最後の重要なタイプは、近接センサーです。これらは、ジョー グリッパーの正確な動きの角度をチェックするのに特に役立ち、部品がグリッパー内にある間に部品の検証を行うこともできます。
この用途の近接センサーは通常、誘導型です。電磁気と渦電流の原理を使用して、センサーはジョー自体の金属、またはジョーに取り付けられた金属ターゲットを検出できます。
センサーシステムの強化
システムにこれらのセンサー タイプが 1 つだけ含まれている場合でも、組み合わせが含まれている場合でも、少なくとも 1 つ以上の IC という共通点があります。前述のセンサー タイプは通常、アナログ信号出力を生成します。この信号をロボットまたは産業用制御システムの残りの部分で解釈するには、まずデジタル化する必要があります。
信号の増幅、処理、およびデジタル化の必要なプロセスは、標準的な既製の IC によって実行できます。しかし、自社のセンサーを他のセンサーと差別化したいと考えているメーカーにとって、より良いソリューションが利用可能です。
これは、特定用途向け IC、つまり ASIC の形をとります。これは、アプリケーション (この場合はロボット グリッパー) の特定の要求に適合するように独自に設計された完全にオーダーメイドのチップです。
オーダーメイド設計の結果、IC を完全に最適化して優れた性能を実現できることを意味します。 ASIC 設計者はメーカーと緊密に連携して現在のセンサー システムについて話し合い、最大のメリットを得るために最適な改善領域を特定します。たとえば、センサー固有の処理機能を組み込んで信号品質を向上させ、ノイズを最小限に抑えてデータの正確性、ひいてはロボットの動きの正確性を確保することができます。プリント基板アセンブリなどの非常に小さなコンポーネントを扱う産業用グリッパーは、ASIC によって提供される精度の向上の恩恵を受けることができます。
速度も向上し、待ち時間が短縮され、リアルタイムの意思決定が可能になります。これは、人間と協働する環境で作業するロボットにとって特に重要です。ロボットは、予測不可能な環境で作業する際に、衝突やその他の事故を避けるために迅速な判断を下す必要がある場合があります。
製品のサイズは縮小する一方で複雑さが増しているため、その製造はますます困難になっています。しかし、プラントの機械をレベルアップすることは役に立ちます。
カスタム IC は、産業用ロボットの精度と信頼性に関するメーカーの懸念を軽減し、現代の製造に必要な機敏性と機能を提供します。
著者の詳細: Ross Turnbull 氏、Swindon Silicon Systems 事業開発および製品エンジニアリング担当ディレクター
#ロボットとのより良いグリップを目指して