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防爆仕様の4軸ロボット

 藤森が防爆仕様の4軸ロボットを紹介します。

 ■どんなテーマ?

 高圧空気を使用して、金網に付着した物を落とす装置。
 24時間待機で1日平均作業は4,5回位。

 一回の作業時間は決められています。早く綺麗に行う。
 人間と同じ様に作業が出来ることです。

 使用機器:汎用の多軸制御装置を使用しています。
 可動位置座標を指定することにより、動作範囲を設定できます。
 よって、ティーチング等の調整が比較的容易に出来ます。

 ■どんな所が難しい?

 高圧のエアーで掃除するため負荷変動が激しい。
 石炭の粉を掃除するので防爆仕様であること。

 稼働中のティーチングでは石炭まみれになりました。
 (高圧エアーで石炭が飛び散りました)

 http://www.tech-s.co.jp/Development_eg/Development_eg1.html
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ソーラーカー用モータドライバ

 ソーラーカー用モータドライバ(柴田)

 ■どんなテーマ?
 20年ほど前のテーマです。
 その当時流行ったソーラーカー用モータのドライバ開発を請け負いました。
 ブラシレスDCモータの速度制御ドライバですね。電流値は50A程度でした。

 ■どんな所が難しい?
 大電流を扱うパワーエレクトロニクスはノイズ対策が難しいです。
 大電流スイッチングに伴うノイズで回路が誤動作することがあります。

 デバッグも大変です。
 設計ミスや誤動作でパワー素子の駆動を間違えるとIGBTやパワーMOSFETが
 爆発します。

 ■どんなスキルが必要?
 当時はモータ制御に適した組み込み用のマイコンが無かったので、
 アナログ回路と標準ロジックで回路を構成しました。
 アナログ回路デジタル回路のスキルが必要です。

 今同じ装置を作るのであれば制御回路のほとんどは組み込みマイコンで
 構成出来ます。組み込みマイコンと組み込みソフトのスキルも必要です。

 また大電力を扱うのでパワーエレクトロニクスのスキルと、モータ制御
 するための制御工学の知識も必要です。

12000RPM回転試験機

 小平が製品を12000RPMで回転させる試験機を紹介します。

 仕事を始めて最初の仕事です。
 約20年前は、まだドラフターを使用し手書きで図面を書いていました。

 ■どんなテーマ?
 製品を12000RPMで回転させる試験機

 シャフトと軸受だけで構成された簡単な構造で、12000RPMで
 駆動するサーボモーターが存在しなかったため、タイミングプーリーを
 使用し増速しています。


 ■どんな所が難しい?
 ・回転数を上げていくと装置全体が振動し始める。

 ・ベアリング潤滑用グリス量が多いと、モーターのトルク不足で駆動が
  出来ない。

 ・ベアリング潤滑用グリス量が少ないと、ベアリングが過熱し過ぎて
  しまう。

 ・長時間駆動するとカップリングが破損する。

 等々、装置を組立てて試験を始めると、さまざまな問題が発生してしまい
 ました。

 ベアリングの変更、軸心の調整、潤滑油の選定を行い問題を1個づつ
 クリアーにしていくことで、最終的にお客様の仕様を満足する製品に
 仕上げることができました。
 

専用切削加工機

 村山がアルミブロックの専用切削加工機を紹介します。

 仕事を始めたばかりの頃(1984年ごろ)のテーマですが今ではどんなふ
 うにできるか比べてみました。

 ■どんなテーマ?
 アルミブロックの専用切削加工機

 メインのコントローラの決定について、当時PC9801が発売され数年
 目というときで、汎用工作機は有りましたが価格と大きさでNG。
 PLCもまだI/O制御+α程度でこちらもNG。

 サーボモータよりパルスモータのほうが低価格でたくさん使われていたと
 思います。サーボアンプ等を初め制御機器の全てが大きかった。

 そんな中C言語が注目を集め始めていた頃でお客様の支援も有り8ビット
 CPUを使用しオリジナルボードとの組み合わせでコントローラを製作し
 ました。

 予算や入手性の制約も有りIC等も現在のように高集積の優れたものでは
 無く汎用ロジックIC + 専用ICの組み合わせでした。

 バスおよび形状が規格化されたボードも有りましたが一枚のボードでは機
 能が限定されるため枚数が多くなる欠点が有りました。

 PC9801用のOSとしてはCP/M86またはMS-DOSが有りま
 したが8ビット用ではCP/Mが主流で、もちろんコンパイラーも
 CP/M対応。ハードが揃ったら後はソフト制作とデバックの悪戦苦闘の
 日々が続きます。

 省スペース低価格の条件はいつの時代も同じです、現在ではコントローラ
 の性能が格段によくなっているため複数の選択肢が有ります。PLC,
 パソコンNC,専用コントローラ等のどれを使用しても実現可能です。

 10数軸程度であればモータの同期も含めネットワーク構成が簡素でHMI
 が当たり前の現在ではタッチモニタは必需品。後は動力系と安全面の配慮
 が必要。自動機、工作機械等の安全対策は年々厳しくなっており安易に済
 ませることはできません。

 当時は生産管理も装置単体での管理方法が主流でしたが今ではメンテナン
 スを含め、ネットワークによる集中管理が行なわれるようになり、さらに
 他の装置とのコミュニケーションを取りながら運用する形態になっていま
 す。

 また、よほど特殊品でなければ全て既製品で揃えられるようにもなりまし
 た。制御機器自体も省エネ、小型化が進み制御盤の占有容積も小さく
 できそうです。

 ソフト開発も当時と異なり開発環境が格段によくなっています。ただいく
 ら開発環境がよくなったとはいえソフト開発にはある程度の時間が必要で
 す。
 
 色々なことができるようになった反面、開発時間の短縮要求がかなり厳し
 くなってきています。

 ■どんな所が難しい?
 メカ制御はどんな装置またはユニットでもそうですが最終的な調整(評価
 も含め)にかなり時間がかかります。(新規開発品は特に)

 机上の設計では理論上動作可能な構成を整えるだけで実際の運用に耐えう
 るものに仕上げるためには運用時のフィードバックが非常に大切と感じて
 います。

 手離れの良い(完成度の高い)製品に仕上げることが最も難しいです。

 ■どんな所が面白い?
 初めて経験するやり方で思い通り動作した時や、完成時の達成感も心地よ
 いです。

 反面以下のような緊張感も有ります。
 配線作業が終了し始めて通電するとき配線ミスで高価な制御機器を壊さな
 いか変な動作でメカ体を壊さないか一通りのチェックが済むまではかなり
 ドキドキです。

 ■どんなスキルが必要?
 電気、メカ、ソフト等の基礎知識はもちろんですが実際の装置に触れ試行
 錯誤で動かしてみると解決しなければならない問題点がたくさん見えてき
 ます。一つ一つ解決する力を身につけることが必要と思います。

特注ロボット

 守本が紹介する特注ロボットです。

・装置をつくるとき通常は市販されているメーカー製ロボットを購入した方が
 安価で信頼性が高いものができます。

 しかし、市販のロボットはスカラ型、垂直多関節型そして直交型と形が決
 まっています。

 どのロボットを持ってきても意図した動きや作業領域がカバーできないとき
 は専用のロボットを作る必要性が生じます。


ロボットは直線運動と回転運動で構成されますので基本的にはどのメーカー
 の直動ガイドを使うか、駆動はボールネジにするかベルトかラックピニオン
 にするのかといった選択になります。
 
 関節にはどの減速機を使うか、サーボモータかパルスモータか、モータ一体
 型か。大きさや重さ、経済性、動作速度、動作頻度などさまざまな使用条件
 を考慮して決定してゆきます。
 
 こういう場合はこうするといった決まったパターンはありません。
 都度、お客様の要望を聞きながら試行錯誤しながら形を決めてゆきます。


・指だけという注文もあります。指といっても一本の指に2軸使うと3本指では
 6軸になります。制御的には6軸のロボットと変わりありません。ただメカが
 小さいというだけです。


・昨日、ロボナブル(日刊工業新聞社のポータルサイト)で人の手と変わらない
 機能を果たす筋電位制御の義手が紹介されていました。
 
 デモ動画を見ると人の手とかわらぬさまざまな作業をこなしこれまでで最高
 のできばえのハンドでした。
 
 このようなハンドを開発してロボットに取付け、自在に作業させることが当
 面の課題です。


 
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