生産技術エンジニアの為の ロボットハンド設計・製作のポイ...
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ロボットハンド設計・製作のポイント
ヨコキ株式会社
https://www.yokoki.co.jp/
生産技術エンジニアの為の
１．ロボットハンド設計で押さえておくべきポイント
２．可搬重量とハンドの関係
３．負荷モーメントとハンドの関係
４．イナーシャ（慣性モーメント）とハンドの関係
５．ハンド強度・剛性の関係
６．ヨコキとは
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１．ロボットハンド設計で押さえておくべきポイント
昨今の人手不足対策やコロナ禍による「三密」の回避などを背景として、 「省力化」「自動化」を目的とした産業用ロボット、あるいは協働ロボットの活用が広く進んでいます。
こうしたロボットエンジニアリングを考える上で、重要なポイントの１つとなるのがロボットハンドの設計・製作です。
特にロボットハンドを設計する上で大きなポイントになるのが、次の４つのポイントとなります。
１）可搬重量２）負荷モーメント３）イナーシャ（慣性モーメント）４）ハンド強度・剛性
次のページから上記４つのポイントについて詳しく述べていきたいと思います。
２．可搬重量とハンドの関係
ロボットハンド設計の基本は、ロボットハンド重量と、ワーク重量の合計が、そのロボットの許容可搬重量以内に設計するということです。この時、実務的な視点で見落としがちになるのが、次の要素です。
・配線、配管の重量・端子ボックスの重量・エアバルブの重量・その他
配線や配管、あるいは端子ボックスやエアバルブは見落としがちですが、これらも含めてロボットの許容可搬重量以内に収まることが必要です。
３．負荷モーメントとハンドの関係
ワークとハンドの重量合計が、ロボットの可搬重量以内でも、ハンドの重心の位置によっては、ロボットが動作しないケースもあります。従って、負荷モーメントはロボットの許容モーメント以内とする必要があります。
ワーク重量とハンド重量が、ロボットの可搬重量以内であったとしても、例えば重心からの距離が長く、「負荷モーメント」 が 「許容モーメント」よりも大きくなってしまうと、ロボットは動かなくなるのです。
負荷モーメント ＝ W × L
W（ハンド重量）
L（重心と手首中心の水平距離）
重心 W（ハンド重量）
L（重心と手首中心の水平距離）
重心
負荷モーメントが最大になる姿勢
許容平均値
４．イナーシャ（慣性モーメント）とハンドの関係
ロボットハンドを設計する上では、負荷イナーシャをロボットの許容イナーシャ以内に収めることが望ましいといえます。
イナーシャ ＝ ｍ × ｒ2
ｍ（ハンド質量）
（重心と手首中心の距離）
重心
ｒ
ｍ＝Ｗ/ｇ ｒ（重心と手首中心の距離）
重心
ｍ（ハンド質量）
イナーシャは姿勢によって変わらない
イナーシャと負荷モーメントは次の関係式で表わせます。
ロボットのモーターにかかるトルク ＝ イナーシャ×角加速度 ＋ 負荷モーメント
この時、上記の関係図のようにイナーシャそのものが、ロボットの許容イナーシャを超えていたとしても、負荷モーメントまで含めたロボットのモーターにかかるトルクが、その許容値以内であれば実務上問題ありません。但し、モーターや減速機への負担が大きくなるので、ロボットの寿命に影響を及ぼす、角加速度を制限するため、動作時間に影響を及ぼすなどといったことを、考慮する必要があります。
加速用トルクM＝Jα（J：イナーシャ α：角加速度）
使い方でJの大きさはどうにでもなる。
負荷モーメント
許容最大値
0αを小さくすると動ける 負荷モーメントを
小さくしてもいい
JJJ
＊ ＊＊α αα
５．ハンド強度・剛性の関係
繰り返し使用に対しての耐性
ハンドはロボットの動作によって振動するので、疲労破壊を起こしやすい側面があります。
長期間にわたって使用することが前提の場合は、あらかじめロボットハンドのＦＥＭ解析（構造解析）を行うことがベストです。
私どもヨコキではＦＥＭ解析ソフトウェアを保有しており、ロボットハンドにおけるＦＥＭ解析も過去に多数の実績がございます。
ロボットハンドの設計・製作から、製作に着手する前のＦＥＭ解析についても、ワンストップでお客様へのご提案が可能です。
６．ヨコキとは
いかがでしょうか。
私どもヨコキでは、
１）可搬重量２）負荷モーメント３）イナーシャ（慣性モーメント）４）ハンド強度・剛性
これら４つのポイントを押さえた強度計算・各種シミュレーションに裏付けられたロボットハンドの設計・製作、ご提案が可能です。
＜製作実績（一例）＞
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