489産業用ロボット(直交)　 Industrial Robot (Cartesian coordinate type)

　自動化に使用される代表的なロボットには、直交型、スカラー型、多関節型があります。その中で直交型ロボットは設計自由度が高いので、多くの製造設備内に組み込まれています。過去に電話線配線設備、 (Desk Top Factory)、ネジ締め設備、バランスウェイト供給設備、シール貼付設備などに直交ロボットを組み込んできました。ここでは、電話線配線設備に組み込んだ直交ロボットについて記載します。

Typical robots used for automation are Cartesian coordinate type, SCARA type and Articulated type. Among them, Cartesian coordinate type have a high design freedom, so they are incorporated into many manufacturing facilities. In the past, Cartesian coordinate type robots have been incorporated into telephone line wiring equipment, (Desk Top Factory), screw tightening equipment, balance weight supply equipment, seal affixing equipment, etc. Here, Cartesian coordinate type robots incorporated into telephone line wiring equipment are described.

まだ携帯電話が普及する前、固定電話の新規加入や入れ換えが発生すると、電話局で配線ケーブルの接続や切断をマニュアル作業で行っていました。このマニュアルでの配線作業を自動化するシステムを開発したことがあります。本局からのリモート制御でロボットが完全自動で配線します。

Before mobile phones became widespread, when a new fixed-line telephone subscription or replacement occurred, the central office used to connect and disconnect the wiring cables manually. We have developed a system to automate the wiring tasks in this manual. The robot wires completely automatically by remote control from the main office.

　ロボットで行う場合、配線ケーブルの代わりにマトリックスボードと接続ピンを使います。縦100mm×横200mm程度のマトリクスボードの分離スル―ホールに対してφ1mm×長さ10mm程度の接続ピンをロボットが挿入抜去することで配線します。狭い局舎内にマトリックスボードを沢山敷き詰めるため、マトリックスボードを数百枚取り付けるフレームは縦置きで2列になっています。XYZθロボットがその縦置き2列のフレームに挟まれる格好に設置され、θ軸(反転機構)を使って両フレームのマトリックスボードにアクセスします。このXYZθロボットには接続ピンを把持する4つ爪とマトリックスボードの位置を検出するレーザーセンサーが搭載されています。ロボットの作業エリアは長さ(X)4m、高さ(Ｙ)2m、幅(Ｚ)0.5mほどになります。接続ピンとスル―ホールの位置合わせ精度は±0.1㎜程度だったと思います。

When done with robots, matrix boards and connection pins are used instead of wiring cables. The robot inserts and removes connection pins of about φ1 mm × 10 mm in length to the separation through-hole of the matrix board of about 100× mm in length 200 mm in width, and wires it. In order to lay out a lot of matrix boards in a small station building, the frame for mounting hundreds of matrix boards is two rows vertical. The XYZθ robot is positioned between two rows of vertical frames and uses the θ axis (inversion mechanism) to access the matrix boards of both frames. The XYZθ robot is equipped with four claws that grip the connection pins and a laser sensor that detects the position of the matrix board. The robot's work area is about 4 m long, 2 m high and 0.5 m wide (Z). I think the alignment accuracy of the connection pin and the through-hole was about ±0.1 mm.

このロボットを開発する際の課題の一つに長さ(X)方向の精度保証でした。位置合わせ精度は±0.1㎜を保証するためには、ボールネジを使用します。しかし、長さ４ⅿにおよぶX方向の移動ができるボールネジは標準品にはありませんでした。そこでＸ方向の機構をラック＆ピニオン方式の移送機構と精密ボールねじ方式のΔX機構の2段階構造としました。ロボットの動作手順は次の通りです。

One of the challenges in developing this robot was the guarantee of accuracy in the length (X) direction. To ensure alignment accuracy ±0.1mm, use ball screws. However, there was no ball screw that could move in the X direction with a length of 4 m in the standard product. Therefore, the mechanism in the X direction has a two-stage structure consisting of a rack-and-pinion transfer mechanism and a precision ball screw type ΔX mechanism. The operation procedure of the robot is as follows.

①マトリックスボード上にある5㎜□のポジションマーカーの付近に移送機構とボールネジのＹ機構で移動します。

②移送機構は移動が完了すると電磁ソレノイド式のストッパー機構により、フレームに固定されます。

③ポジションマーカーの正確な位置をΔＸ機構とＹ機構を使ってレーザーセンサーで探索します。

④指示されたマトリックスボードのスル―ホールへΔＸ機構とＹ機構を使って移動します。マトリックスボードの表面にはポジションマーカーを起点に縦横にパターンが敷かれていて、ロボットは、そのパターンをレーザーセンサーで追跡しながら指定のスル―ホールまで移動します。

(1) Move near the 5mm □ position marker on the matrix board with the transfer mechanism and the Y mechanism of the ball screw.

(2) The transfer mechanism is fixed to the frame by an electromagnetic solenoid type stopper mechanism when the movement is completed.

(3) The exact position of the position marker is searched by the laser sensor using the ΔX mechanism and the Y mechanism.

(4) Move to the indicated matrix board through-hole using the ΔX and Y mechanisms. On the surface of the matrix board, a pattern is laid vertically and horizontally starting from the position marker, and the robot moves to the designated through-hole while tracking the pattern with a laser sensor.

　この直交ロボットを組み込んだ電話線配線設備は、自動MDFとして全国で1,000システムほど稼働しています。

Telephone line wiring equipment incorporating this Cartesian coordinate robot is in operation as an automatic MDF in about 1,000 systems nationwide.