492産業用ロボット(パラレルリンク)　 Industrial Robot (Parallel link type)

　過去に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボット、直交ロボットなどいろいろな組立ロボットを設計してきましたが、パラレルリンクロボットの設計の経験はありません。このロボットと従来のロボットとの違いについて考えてみました。

　In the past, we have designed various assembly robots such as SCARA type and Articulated type robots, and orthogonal robots, but we have no experience in designing Parallel link type robots. I thought about the difference between this robot and conventional robots.

　現在、パラレルリンクロボットは食品、医療の仕分け現場で活躍しているのをよく見かけます。2つの大きな特徴があると思います。1つは高速動作であり、1つは高精度位置決めです。ファナックではこのパラレルリンクロボットをゲンコツロボットと呼び、商品化しています。ゲンコツロボットはXYZの位置移動にパラレルリンク機構、αβγの姿勢移動にシリアルリンク機構を採用しています。αβγの姿勢が人間の手首から先の動作に類似しているため(ゲンコツを握ってぐるぐる手首を回す様)、このように呼ばれているといわれています。

　Currently, parallel link robots are often seen in the sorting field of food and medical care. I think there are two major features. One is high-speed operation and one is high-precision positioning. At FANUC, this parallel link robot is called a Genkotsu(fist) robot and commercialized it. The Genkotsu robot adopts a parallel link mechanism for XYZ position movement and a serial link mechanism for αβγ attitude movement. It is said that αβγ is called this way because the posture is similar to the movement from the wrist onwards of a human (like holding a Genkotsu and turning the wrist in a circle).

　以前からある６自由度のロボットは、通常は垂直多関節ロボットとよばれて、ロボットの固定側からアーム先端に向かって、θ１～θ６軸機構がシリアルに構成されています。その結果、θ１～θ６までの各関節における位置決め誤差が積算され、最終的なロボット先端での位置決め誤差は大きくなってしまいます。また、内蔵されるモーター、減速機、伝達機構類がアームの可動部に搭載されるため、アーム質量が大きくなり、高速化の妨げになっていました。

　Conventional robots with six degrees of freedom are usually called vertical articulated robots, and are serially configured with a θ1~θ6-axis mechanism from the fixed side of the robot toward the tip of the arm. As a result, positioning errors at each joint from θ1 ~ θ6 are accumulated, and the positioning error at the final robot tip is large. In addition, since the built-in motor, reducer, and transmission mechanism are mounted on the moving part of the arm, the arm mass is larger, which hinders the high speed

　ゲンコツロボットの場合は、θ１～θ３に相当する機構がパラレルリンクで構成され、XYZの位置決めは3つのリンクの合成動作から生まれます。可動部は３本のリンクのみで、モーター、減速機といった重量物はすべて固定側に配置されています。そのため、各軸の誤差は積算されず、高精度位置決めを実現し、可動部の加速特性も優れています。

　In the case of the Genkotsu robot, the mechanism corresponding to θ1~θ3 consists of parallel links, and the positioning of XYZ is derived from the synthesis operation of the three links. There are only three moving parts, and all heavy objects such as motors and reducers are located on the fixed side. Therefore, the error of each axis is not accumulated, high precision positioning is realized, and the acceleration characteristics of moving parts are also excellent.

　高精度位置決めの中でも特に、相対位置決め精度に優れていると思います。位置決め精度には大きく3つの区分けがあります。繰り返し位置決め精度、絶対位置決め精度、相対位置決め精度です。繰り返し位置決め精度は、同じ方向から同じ速度で移動してきて、繰り返し同じ位置にばらつきなく静止できるかの性能です。絶対位置決め精度は、絶対座標に対する位置決めの性能で、3次元測定器などに用いられるロボットに必要とされる性能です。相対位置決め精度は、任意の座標系の中で位置を保証するもので、パレタイジング作業に必要な性能です。

　Among high-precision positioning, I think that the relative positioning accuracy is particularly excellent. There are three main divisions for positioning accuracy. Repeated positioning accuracy, absolute positioning accuracy, relative positioning accuracy. Repeated positioning accuracy is the ability to move from the same direction at the same speed and to be stationary in the same position over and over again without variation. Absolute positioning accuracy is the performance of positioning with respect to absolute coordinates, and it is a performance required for robots used in coordinate measuring instruments. Relative positioning accuracy guarantees position within any coordinate system and is a performance required for palletizing operations.

　限られた品種の製造であれば、同じものを繰り返し作るため、作業が単純なシーケンスとなり、ティーチングプレイバックロボットの繰り返し精度だけで、十分対応ができました。多品種少量生産の場合、製造ライン上の部品、ワークが頻繁に変わり、ティーチングプレイバックでは対応できなくなります。すなわち、指令値による任意の位置決め性能が求められるようになるため、相対位置精度に優れるゲンコツロボットが必要となます。長年、一緒にロボット開発してきた同僚が、初めてゲンコツロボットを操作した時の感想は、「相対位置決め精度が非常にいい。通常の多関節ロボットの場合、0.1㎜　0.2㎜は簡単にずれるところ0.05㎜レベルの精度が出せる」でした。

　In the case of manufacturing a limited variety of products, the same thing is made repeatedly, so the work becomes a simple sequence, and the repeatability of the teaching playback robot alone was sufficient. In the case of high-mix, low-volume production, parts and workpieces on the production line change frequently, and teaching playback cannot cope with it. In other words, since arbitrary positioning performance based on command values will be required, a Genkotsu robot with excellent relative positional accuracy is required. When a colleague who had been developing the robot together for many years operated the Genkotsu robot for the first time, his impression was, "The relative positioning accuracy is very good. In the case of a normal articulated robot, 0.1 mm 0.2 mm can be easily shifted to 0.05 mm level accuracy."

　ファナックは何故この素晴らしい特性を前面に出してアピールしないのだろうか。と常々思っています。

　Why doesn't FANUC bring this wonderful trait to the forefront? That's what I've always thought

　参考資料

https://www.jstage.jst.go.jp/article/jrsj/30/2/30_2_154/_pdf