小型協働ロボット用スマートグリッパ

小型精密機器に適切なモータを提供することは、非常に難しい課題となることがあります。 

協働ロボットの成長と普及に伴い、さまざまなグリッパとエンドエフェクタの需要が高まっています。小型部品の自動ゲージングと測定は、より厳しい要件が求められる用途のひとつです。これらのデバイスは、自動化アプリケーションの意思決定ソフトウェアで継続的に使用可能な、2.5 ミクロンという低解像度の高解像度ポジショニングを実現する必要があります。そのため、New Scale Technologies社の一部門であるNew Scale Robotics (NSR) は、最新グリッパの設計および製造を行うことを決定しました。 

最小の協働ロボット向けに設計されたNSR-PG-10-20、Precision Parallel Gripperは、モータ、センサー、精密ベアリングガイド、駆動および制御電子機器、自動化用の組み込みファームウェアをひとつのデバイスに統合したメカトロニクスシステムです。設計プロセス中に、NSRは、ユニバーサルロボティクス (UR) の小型コボットに数分でインストールできるプラグ・アンド・プレイ統合を提供するグリッパーが必要であると判断しました。NSR-PG-10-20は、最小サイズと質量で最高の精度を実現します。すべての電源および制御回路は、ロボットツールコネクタとスリップリングを介して配置されるため、外部ケーブルや電子ボードは不要です。グリッパの取り付けは、URロボットツールのフランジにグリッパを取り付け、URツールのI/Oポートに1本のケーブルを接続するだけです。モーションコマンドは、ロボットの8ピンツールI/Oインターフェースを介して受信されます。外部ケーブルや個別の電子機器は必要なく、ケーブルの干渉なしにURロボットの手首関節を360度または無限に回転させることができます。 

精密平行グリッパNSR-PG-10-20には、高精度の操作を実現するmaxonのEC-20 Flatモータが搭載されています

精密平行グリッパには自動測定用途専用の内部絶対位置センサーが組み込まれており、小型部品の複雑な取り扱い、測定、分類、および組み立てにおける高精度を実現します。グリッパは、長いライフサイクルを通じて、高速で正確な動作を繰り返し実行できる必要がありました。 

精密モーションコントロール 

NSRは、設計段階で自社の精密平行グリッパのニーズを調査し、maxonが設計および製造したEC-20 FlatブラシレスDCモータ (BLDC) を選択しました。このモータには、最大5つの巻線タイプモータと内蔵エンコーダを装備することができます。複数の出力が使用可能であるため、モータは高い安定性と低騒音の動作を可能にします。このモータが選択された主な理由は、わずか15グラムという非常に軽い重量と、3.75 mN-m という高い連続トルクです。 モータの優れたトルク対質量比により、NSR-PG-10-20は適度な16:1のギア比を使用しながら、±3～10Nの調整可能なグリップ力を実現できます。グリッパには、リーチ20 mmの対称タイミングベルトドライブが組み込まれています。 また、動作電圧、電流、トルクは、ロボットの内部電源に適合しています。 

BLDCロータリーモータは、回転を直線運動に変換する歯付きベルトのギア減速を駆動します。別の角度センサーを使用してモータシャフトの角度を測定し、デジタル電子回路が動作に必要な3相駆動電流を生成します。このメカニズムは、小さな部品の把持と解放を行うグリッパフィンガーの開閉に必要な直線運動を可能にします。グリッパフィンガーは、用途に応じて部品を外側または内側からつかむことができます。上記の組込み型センサーを使用することで、グリッパの直線部分測定の分解能は2.5ミクロンを確保することができます。グリッパの開閉速度は20 mm/秒で、開閉範囲は20 mmです。 

NSRのCEOであるデービッド・ヘンダーソン (David Henderson) 氏は次のように述べています。「設計上難しかったのは、閉ループの位置と速度特性を維持しながら、グリッパの小型化、高さ、および低質量を確保することでした。また、ロボットの内部電源を使用できる低電力かつ低電流のモータを見つけることも難題でした」 。maxonのEC-20 Flatにより、NSRは、お客様が最も必要としている製品を提供するために必要な力を発揮し、簡単に設置および操作できるようになりました。もっとも簡単だったのは、機械的統合でした。同社は、EC-20 Flatを角度センサーなしで使用しており、その代わりに整流用に独自の外部角度センサーを装備しました。「将来的には、より高いグリップ力を備えたグリッパを導入して製品群をさらに拡大し、それに対応してより高い質量と出力のモータ、より長いグリップ範囲を搭載し、力制御を向上するために組込み式力センサーを装備することを期待しています」とヘンダーソン氏は述べています。 

maxonのEC-20 Flatは、NSR-GP-10-20精密平行グリッパの要件を最適に処理する適切なトルク能力を備えた最小サイズのモータです。

グリッパには交換可能なフィンガーが装備されています。NSR-PGは、出荷時にフィンガーが取り付けられているため、ユーザーはすぐに作業を開始することができます。このグリッパは、Universal Roboticsの UR3、UR5、UR10ロボット、および同社のeSeriesロボットの最新ラインである UR3e、UR5e、および UR10eロボットと組み合わせて使用すると、フィンガーの位置をティーチングすることもできます。フィンガーを手動で目的の位置に移動し、ティーチペンダントを使用して設定します。これは、URロボットをティーチモードで使用したことがあるユーザーにとっては馴染みのある、従来のプロセスです。位置は0.01 mmまでの再現精度が可能です。 ワークに合わせたフィンガーの開閉位置を設定することで、1回の操作でのフィンガーの動き (ストローク) を最小限に抑えることができ、時間と労力を節約することができます。NSR-PG-10-20を使用すると、反復的で労力のかかる測定および品質管理作業を自動化URコボットは、計測用途における強力なツールとなっています。 

このような特殊な用途に適したモータを見つけることは、非常に困難となる場合があります。NSRは、最小のモータで最新の技術を活用することで、顧客のニーズを満たすことができるようになりました。maxonのEC-20 Flatは、NSR-PG-10-20精密平行グリッパの設計と製造において重要なコンポーネントでした。 

詳細情報: newscalerobotics.com