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「スイングアーム式コラムロボット」は、スギノマシンが自社開発した産業用ロボットで、構造上は円筒座標ロボットに分類されます。

コラム（柱）に連結されたアーム（腕）が開閉および旋回する、6軸駆動または4軸駆動のロボットです。

垂直多関節ロボットに近い自由度、汎用性をもちながら、直動軸をベースにアームの上下・前後移動を行うため、剛性が高く、精度よく直線を移動させることができます。

構造上、アームが本体より後ろに飛び出さないため、狭いスペースでの作業にも向いています。

人間一人分のスペースなど、狭いエリアでの作業の自動化に活用できます。

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以下は、水平多関節ロボットのデメリットです。

●デメリット
１．単体での自由度がやや低い

シンプルな構造であるため、複数のメリットを得られている中、シンプル故にそれがデメリットとなってしまいます。
特に、高さに対して斜めに移動したりすることができません。

２．精度がやや低い

軸に対してサーボモータが回転し、位置決めを行います。
このとき、動作速度が早ければ早いほど、慣性を受けてしまいます。

構造上、慣性を受けやすいため、精度が低いと言えるでしょう。
しかし、ティーチング等で補える場合もあります。

他のロボットタイプと比較すると
「メリット・デメリットはわかったけど結局のところ、よくわからない」
この記事を見ている方は、ロボット導入のプロフェッショナルではない方が大半だと思います。
メリットデメリットを理解しても、そもそも他のロボットの差別化ができないため、決定的な判断基準とはならないのではないでしょうか？

そこで、コスト、性能、精度の3点を他のロボットタイプと比較してまとめました。

●コスト

一言でいうと、安価な部類に属します。
本体の価格が安価であるのは勿論、比較的小型なため、安全柵や設置架台を設ける際も小型化することができます。
設置面積が小さく済む点も考えると、コストは安価であるといえます。

●自由度

デメリットとして”自由度が低い”とお伝えしました。
圧倒的自由度を誇る垂直多関節ロボットと比較すると自由度が低くなってしまいます。
しかし、他のロボットタイプと比較すると、自由度は高いといっていいでしょう。

●性能

精度について、垂直多関節ロボット以上、パラレルロボット未満となっており、決して悪くはないです。
勿論、人よりも高い水準を長時間維持することができます。
また動作速度も、垂直多関節ロボット以上、パラレルロボット未満という位置づけとなっております。

本体が小型なため、大型ワークの搬送は不向きといえます。

構造がシンプルなため操作がしやすいため、他のロボットタイプと比較しても管理もしやすいです。

水平多関節ロボットは、組立作業、ピッキングをはじめ様々な作業を自動化することができます。
中でも、ネジ締めのように、ネジをまっすぐ回していかなければならない場合は1番最適だといえます。

比較してしまうとデメリットはあるものの、導入した工程によっては、デメリットを完全に打ち消すことができます。

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双腕ロボットとは、その名の通り、2本のアームがついている産業ロボットの総称を指します。
直感的な認識として、人も片腕より両腕のほうが作業がしやすいですよね。
まさに、その考えがコンセプトとして制作されたロボットとなります。

人間と同じく、胴体（ベースジョイント）は同一ですが、別々の動作をすることができます。

●双腕ロボットの種類
双腕ロボットは主に2種類に分類分けすることができ、
般的なロボットアームの認識である、“垂直多関節ロボット”だけではなく、
スカラロボットと呼ばれる“水平多関節ロボット”も普及しています。

基本的な強みは、どちらも分類の強みと同じですが、以下のようになります。

●垂直多関節ロボット･･･3次元的な動きを得意として、まさに、人の代替となることができるロボットです。

●水平多関節ロボット･･･2次元的な動きを得意として、垂直多関節ロボットに比べ関節が少ない分、精度が高く、押込み等の動作を得意とします。

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ここでは多関節ロボットのデメリットについて解説します。

多関節ロボットの有識者が必要
誤操作や故障の可能性がある
それぞれ見ていきましょう。

①多関節ロボットの運用・メンテナンスの人員が必要
デメリット一つ目は、多関節ロボットの有識者が必要なことです。

多関節ロボットの点検や調整などが定期的に必要になってくるためです。また、多関節ロボットに作業を指令するためのプログラムも随時、変更、書き換えをする必要があります。

その度に専門業者を派遣させれば問題は解決しますが、社内でも対応できる人員の教育などを行っていく必要があります。

②誤操作や故障の可能性がある
デメリット二つ目は、誤操作や故障の可能性があることです。

多関節ロボットも機械の一種のため、トラブルはどうしても発生してしまいます。誤操作が生じれば人員のケガに繋がる可能性や、故障が生じれば破損や場合によっては発火などの危険性も秘めています。

そうならないためにも定期的なメンテナンスや作業点検の仕組みを整えておく必要があります。

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BLDCモータは効率が良く小型化が可能、長寿命で制御性も良いとあって大いに注目されています。今回はBLDCモータを上手に回すための制御方法を学びましょう。

つないだだけでは回らない
典型的なBLDCモータの一種である、インナーローター型BLDCモータの外観と内部構造を下に示します（図1）。ブラシ付きDCモータ（以下、DCモータ）は回転子にコイルがあり、外側に永久磁石が置かれていました。BLDCモータでは回転子に永久磁石が付き、外側はコイルとなっています。BLCDモータは、回転子にコイルがなく永久磁石ですから、回転子に電流を流す必要がありません。電流を流すためのブラシが無い｢ブラシレス｣が実現しました。

その一方で、DCモータと比べて制御が難しくなりました。モータから出ているリード線を電源につなげば良い、というわけには行きません。そもそもリード線の本数が違います。「プラス（＋）とマイナス（−）を電源につなぐ」のとは異なるようです。

磁束の方向を変える
BLDCモータを回すためには、コイルに与える電流の方向とタイミングを制御しなければなりません。図2-Aは、BLDCモータの固定子（コイル）と回転子（永久磁石）を模式化したものです。この図を使って、回転子が回る様子を考えましょう。コイルは3個使うとして考えます。実際には、6つまたはそれ以上の数のコイルを使うこともありますが、原理を考える上では120度毎に置かれた3つのコイルを使うこととします。

モータは、電気（電圧・電流）を機械的な回転に置き換えます。図2-AのBLDCモータでは、どのようにモータが回転するのでしょうか。まず、モータの中で起きていることを見てみましょう。

BLDCモータでは3つのコイルを使います。この3つのコイルは、電流を流すと磁束を発生するものであり、U、V、Wと名が付けられています。このコイルへ電流を流してみましょう。コイルU（以下、「コイル」を省略します）に流す電流の経路をU相、VのそれをV相、WならばW相、と表記します。では、U相を見てみます。U相に電流を流すと、図2-Bにあるような矢印の方向の磁束が発生します。実際には、U、V、Wの片方のリード線は互いにつながっているので、U相だけに電流を流すことはできません。ここでは、U相からW相に電流が流れ、図2-CのようにUとWから磁束が発生するとします。UとWの2つの磁束を合成すると、図2-Dの大きな磁束となります。この合成磁束と中央の永久磁石（回転子）のN極が同じ方向になるように永久磁石が回転します。

合成磁束の方向を変えれば、永久磁石はそれに従ってついてきます。永久磁石の位置に合わせて、U相、V相、W相の通電する相を切り替えることで合成磁束の方向を変更し、これを連続することで合成磁束が回転して回転磁界が生まれ、回転子が回ります。図3に通電する相と、合成磁束の関係を示します。この例では、通電モードを1から6に順番に変更させると時計回りに合成磁束が回ります。合成磁束の向きを変更する速度を制御することで、回転子の回転速度を制御することができるのです。この6つの通電するモードを切り替えてモータ制御を行う制御方法を「120度通電制御」と呼びます。

滑らかな回転には正弦波制御
さて、120度通電制御では合成磁束の向きが回転するとは言え、その方向は6通りに過ぎませんでした。たとえば、図3の「通電モード1」から｢通電モード2｣に変化したとき、合成磁束の方向は60度変化します。すると、回転子も引きつけられるように回転します。その次に「通電モード2」から「通電モード3」に変化すると、またも合成磁束の方向は60度変化します。再び、回転子はこの変化に引きつけられます。これが繰り返されます。この動きは、「カクカク」感があるものとなります。時には、この動きが騒音にもなります。

120度通電制御の欠点を解消し、滑らかな回転を実現するのが「正弦波制御」です。120度通電制御では、合成磁束が6方向に固定されていました。これを連続的に変化するように制御します。図2-Cの例では、UとWが作る磁束は同じ大きさでした。しかし、U相、V相、W相を上手に制御すると、コイル毎に異なる大きさの磁束を作ることができ、合成磁束の方向を細かく制御できます（図4）。こうして、U相、V相、W相の各相に流れる電流の大小を調整しながら生成される合成磁束が、細かく連続的に生成されるように制御する事により、スムーズにモータを回転させることが可能になるのです。

インバータを使ってモータ制御
では、U、V、Wの各相に流す電流は、どのようなものでしょうか。分かりやすい120度通電制御で考えてみます。もう一度図3を見てください。通電モード1の時は、UからWへ、通電モード2の時はUからVへ電流が流れます。電流が流れるコイルの組み合わせが変わる度に合成磁束の矢印の方向が変化するのがわかります。では、通電モード4を見てください。ここでは、WからUに電流が流れます。通電モード1とは反対の方向ですね。このような電流の方向転換は、DCモータでは整流子とブラシの組み合わせで行っていました。しかし、BLDCモータではそのような接触型の方法は使いません。インバータ回路を使って電流の向きを切り替えます。BLDCモータの制御では、一般的にインバータ回路が使われるのです。

また、インバータ回路では各相に印加する電圧を変化させて、電流値を調整することができます。電圧の調整はPWM（Pulse Width Modulation=パルス幅変調）がよく利用されます。PWMは、パルスのON/OFFの時間の長さを調整して電圧を変化させる方法で、ON時間とOFF時間の比率（デューティー比）変化が重要な点となります。ONの比率が高いと、電圧を上げたと同様の効果が得られ、ONの比率が下がれば、電圧が下がったのと同様の効果が得られます。PWM実現のために、専用のハードウェアを持ったマイコンもあります。正弦波制御を行う際は3相の電圧を制御するため、2相にしか通電しない120度通電制御に比べてソフトウェアはやや複雑になります。インバータは、BLDCモータを駆動するのに必要な回路です。交流モータにもインバータは使われますが、家電製品で「インバータ式」とうたわれれば、ほとんどの場合はBLDCモータが使われていると思ってよいでしょう。

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