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ロボシリンダ位置決め
(ロボシリンダいちぎめ)
ロボシリンダ位置決め
ロボシリンダ位置決めとは、電動アクチュエータであるロボシリンダを使用し、ワーク、容器、ストッパー、ゲートなどをあらかじめ設定した位置へ移動・停止させる制御技術です。空気圧シリンダのような単純な前進・後退だけでなく、ストロークの途中に複数の停止位置を設定し、位置や速度を切り替えながら動作させることができます。
PLCとロボシリンダ用コントローラを接続し、原点復帰、位置番号の選択、移動開始、運転完了、異常監視などの信号をやり取りすることで、自動設備の動作に組み込みます。繰り返し同じ位置へ移動させたい搬送設備、計量設備、位置決め機構などで使用されます。
ロボシリンダ位置決めの仕組み
ロボシリンダは、モーターの回転をボールねじ、ベルトなどの機構によって直線運動へ変換する電動アクチュエータです。スライダーやロッドを前後に移動させ、取り付けた治具や搬送物を所定位置へ動かします。
一般的なシステムは、ロボシリンダ本体、モーター、位置検出用エンコーダ、専用コントローラ、PLC、電源、安全機器などで構成されます。移動する位置、速度、加速度、減速度などをコントローラへ登録し、PLCから位置番号と開始信号を送って動作させます。
移動完了後は、コントローラから位置決め完了信号をPLCへ返します。PLCは完了信号を確認してから、把持、投入、計量、搬送などの次工程を開始します。
主な用途
ロボシリンダ位置決めは、直線方向の移動と複数位置への停止が必要な設備で使用されます。代表的な用途には、次のようなものがあります。
- 容器やトレーの搬送・位置決め
- コンベア上のストッパーや位置決めガイドの移動
- 供給口、シュート、ゲートの位置切り替え
- 計量容器や投入ノズルの移動
- 品種に応じた治具幅や押さえ位置の変更
- ワークの押出し、引込み、移載
例えば、複数の容器へ原料を投入する設備では、投入ノズルをロボシリンダで移動させ、指定された容器の上で停止させます。所定位置への到着を確認してから供給を開始することで、誤った場所への投入を防ぎます。
空気圧シリンダとの違い
空気圧シリンダは、圧縮空気によってロッドを前進・後退させる機器で、比較的簡潔な構成で高速な往復動作を行えます。基本的にはストローク端の2位置で使用されることが多く、中間位置へ停止させるには追加機構が必要です。
ロボシリンダは、位置データを設定することで、ストローク途中の複数位置へ移動できます。速度や加減速も動作ごとに設定できるため、停止時の衝撃を抑えたり、品種ごとに停止位置を変更したりする用途に適しています。
一方で、専用コントローラや電源が必要であり、搬送重量、速度、ストローク、設置環境に応じた機種選定が必要です。単純な2位置動作には空気圧シリンダ、複数位置や細かな速度調整が必要な場合にはロボシリンダが選択肢となります。
制御の基本的な流れ
原点復帰
電源投入時や異常復旧後には、ロボシリンダの基準位置を確定する原点復帰を行います。原点が確定していない状態で自動運転を開始すると、PLCが想定する位置と実際の位置が一致しない可能性があります。
原点復帰中は、周辺機器との干渉がないことを確認し、完了信号を受け取ってから通常の位置決め動作へ移ります。
位置番号と移動指令
PLCからコントローラへ位置番号を指定し、移動開始信号を出力します。コントローラは登録された位置、速度、加速度などに従ってロボシリンダを動作させます。
位置番号の切り替えと開始信号の順序が正しくないと、意図しない位置へ移動する可能性があります。信号の確定時間やコントローラの受付条件を確認して制御します。
位置決め完了の確認
目標位置へ到達すると、コントローラから位置決め完了信号が出力されます。PLCはこの信号を確認してから、クランプ、供給、排出などの次動作を許可します。
移動指令後、一定時間以内に完了信号が入らない場合は、位置決め異常として設備を停止し、警報を表示します。
設計・制御上のポイント
可搬重量と推力の選定
移動させるワークや治具の重量、取付方向、速度、加速度などに応じて、必要な推力と可搬重量を確認します。水平方向と垂直方向では必要な能力が異なり、垂直設置では停電時の落下防止も考慮します。
移動体の重心がスライダーから離れている場合は、モーメント荷重が大きくなります。重量だけでなく、治具の形状や取付位置も含めて機種を選定します。
ストロークと停止位置
必要な移動距離に加え、原点復帰や減速に必要な範囲、機械端との余裕を考慮してストロークを決定します。停止位置は、周辺機器との干渉や搬送物の寸法ばらつきも考慮して設定します。
位置データを変更できる構成では、作業者が誤った値を入力しないよう、設定範囲や操作権限を設けることも重要です。
速度・加減速の調整
速度を高くすると移動時間を短縮できますが、停止時の衝撃や振動が大きくなる場合があります。重量物や液体を入れた容器を動かす場合は、急加速・急停止による荷崩れや液面の揺れにも注意が必要です。
動作区間や搬送物に応じて速度、加速度、減速度を設定し、設備能力と安定性のバランスを調整します。
オーバーランと干渉の防止
ソフトウェア上の移動範囲だけでなく、機械端を検出するセンサやストッパーを設け、想定範囲を超えて移動しないようにします。移動先に別の機器や搬送物がある場合は、退避完了や受入可能状態を確認してから動作させます。
複数の可動機構が同じ範囲を使用する設備では、それぞれの現在位置をPLCで管理し、同時動作による衝突を防ぐインターロックを設けます。
異常監視と復旧操作
過負荷、位置偏差、モーター異常、エンコーダ異常、非常停止などが発生した場合は、コントローラから異常信号や警報コードを取得します。PLCは自動運転を停止し、タッチパネルへ異常内容を表示します。
復旧時には、異常原因を取り除いた後、アラームリセットや原点復帰を行います。途中位置から不用意に自動復帰すると周辺設備へ干渉する可能性があるため、復旧手順を明確にします。
安全対策
ロボシリンダの可動部では、作業者の挟まれや巻き込まれが発生する可能性があります。安全柵、扉スイッチ、非常停止などを設け、作業者が可動範囲へ入った状態では動作しないようにします。
垂直軸では、停電やモーター制御停止時に可動部が落下しないよう、ブレーキ付き機種や機械的な保持機構を検討します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、移動させる対象物の重量、寸法、ストローク、停止位置、必要速度、設置方向などを確認し、設備条件に適したロボシリンダとコントローラを選定します。
ロボシリンダを組み込む機械構造、治具、ガイド、ストッパーなどの設計に加え、制御盤、PLC、タッチパネルを組み合わせ、原点復帰、位置選択、速度指令、位置決め完了確認、オーバーラン防止、異常監視を設計します。
搬送設備や計量設備では、容器の到着、計量完了、ゲートの開閉状態などと連動させ、一連の自動運転シーケンスを構築します。ハカルプラスは、ロボシリンダを使用した位置決め制御・速度制御について多数の実績があります。
よくある質問
Q. ロボシリンダは途中の複数位置へ停止できますか？
A. コントローラへ複数の位置データを登録し、PLCから位置番号を指定することで、ストローク途中の複数位置へ移動・停止できます。
Q. 位置決め精度はどの程度ですか？
A. 機種、駆動方式、ストローク、荷重、速度などによって異なります。必要な停止精度を整理し、メーカー仕様と機械側の取付精度を確認して選定します。
Q. 電源投入後すぐに自動運転できますか？
A. 機種や設定によって異なりますが、一般には原点復帰や現在位置の確認を行い、位置情報が確定してから自動運転を開始します。
Q. 空気圧シリンダからロボシリンダへ置き換えられますか？
A. 必要な推力、ストローク、速度、取付寸法、電源、制御盤のスペースなどが合えば置き換えられる場合があります。機械構造と制御回路の変更範囲を確認します。
Q. ロボシリンダの異常内容をタッチパネルへ表示できますか？
A. コントローラから警報信号や警報コードを取得できる場合は、異常内容や復旧方法をタッチパネルへ表示できます。
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