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ロボットアーム制御
(ロボットアームせいぎょ)
ロボットアーム制御
ロボットアーム制御とは、多関節ロボットなどのロボットアームと周辺設備を連携させ、搬送、移載、整列、投入、パレタイズなどの作業を自動化する制御技術です。ロボット本体の姿勢や移動軌跡は専用のロボットコントローラが制御し、PLCはコンベア、計量機、ストッパー、安全機器などを含む設備全体の運転を管理します。
製造設備では、ロボット単体を動かすだけでなく、「搬送物が所定位置に到着した」「移載先が受入可能である」「安全柵の扉が閉じている」といった条件を確認し、ロボットへ作業開始を指示します。ロボット側から動作中、作業完了、異常などの信号を受け取り、前後工程と連動させることが重要です。
ロボットアーム制御の仕組み
一般的なロボットシステムは、ロボットアーム、ロボットコントローラ、ハンドや吸着機器などのエンドエフェクタ、PLC、制御盤、各種センサ、安全機器などで構成されます。
ロボットアームの各軸は、ロボットコントローラに登録されたプログラムに従って動作します。PLCは、作業する品種、搬送元、搬送先などの指示をロボット側へ送り、ロボットが作業できる状態になったことを確認して起動信号を出します。
ロボットが対象物を把持し、指定された位置へ移動して解放した後、作業完了信号をPLCへ返します。PLCは完了信号を受け取ってから、コンベアの搬送や次の計量・製造工程を開始します。
主な用途
ロボットアーム制御は、繰り返し行う移載作業や、複数位置への搬送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、箱、袋、パレットなどの移載
- 製品のパレタイズ・デパレタイズ
- コンベア間における搬送物の受け渡し
- 計量済み容器の次工程への搬送
- 製品や部品の整列・仕分け
- 投入、取出し、検査工程への搬送
例えば、コンベア上に到着した容器をロボットで把持し、品種や製造指示に応じて異なるパレットへ積み付ける設備があります。パレットの段数や配置を管理し、所定数の積付けが完了した時点で搬出を指示します。
PLCとロボットコントローラの役割
ロボットコントローラは、各軸の位置、速度、加速度、移動軌跡など、ロボット本体の動作を制御します。一方、PLCは、コンベアや計量機などの周辺設備を制御し、ロボットが動作を開始できる条件を管理します。
ロボットの姿勢や細かな移動経路をPLCから直接制御するのではなく、ロボットコントローラに登録した作業プログラムをPLCから選択・起動する構成が一般的です。役割を分けることで、ロボット固有の動作制御と設備全体のシーケンス制御を連携させます。
信号の受け渡し方法
無電圧接点による信号連携
無電圧接点は、接点の開閉によってON・OFFを伝える方式です。ロボット運転可能、作業開始、動作中、作業完了、異常などの信号を、PLCとロボット制御盤の間で受け渡します。
構成が分かりやすく、メーカーの異なる制御盤同士でも接続しやすい方式です。一方、多数の状態や品種番号を伝える場合は、必要な配線や入出力点数が増えます。
通信による信号連携
Ethernetや産業用ネットワークを利用し、PLCとロボットコントローラの間でデータを送受信する方式です。運転指令や完了信号だけでなく、品種番号、作業番号、警報コード、位置情報など、複数のデータをまとめて受け渡せます。
使用できる通信方式は、PLCとロボットコントローラの対応仕様によって異なります。通信異常が発生した場合の停止条件、再接続、データの初期化方法も設計します。
設計・制御上のポイント
タイムチャートによる信号整理
他社製のロボット制御盤と連携する場合は、設備の動作順序と信号の受け渡しを事前に明確にします。PLCから作業要求を出すタイミング、ロボットが受付可能信号を返すタイミング、完了信号を解除する条件などをタイムチャートへ整理します。
信号名称だけでなく、ONする条件、保持時間、解除条件、異常時の状態を定めることで、信号の待ち合わせや二重起動を防ぎます。
把持確認とワークの落下防止
ロボットが対象物を確実に把持していない状態で移動すると、搬送中の落下につながります。吸着圧力、チャックの開閉位置、把持センサなどを確認し、把持完了後に移動を開始します。
対象物を解放する際も、搬送先が正しい位置にあり、受入可能であることを確認します。重量、形状、表面状態などに応じて、ハンドや吸着機器を選定する必要があります。
周辺設備との干渉防止
ロボットの動作範囲にコンベア、ストッパー、リフターなどの可動機器がある場合は、互いの現在位置を確認してから動作させます。ロボットが退避位置にない間は搬送装置を動かさないなど、相互インターロックを設けます。
品種変更によって対象物の寸法や積付け位置が変わる場合は、ロボットの動作範囲と周辺機器との隙間を確認します。
安全回路との連携
ロボットの可動範囲では、作業者との接触や挟まれを防止する必要があります。安全柵、扉スイッチ、非常停止、ライトカーテンなどを設け、安全条件が成立していない場合はロボットを動作させません。
通常のPLCプログラムだけで安全を確保するのではなく、ロボットの安全機能、安全リレー、安全PLCなどを含めた安全回路を構成します。
異常時の処理と復旧
ロボット側で過負荷、把持異常、位置異常などが発生した場合は、異常信号や警報コードをPLCへ送ります。PLCは前後の搬送設備を停止し、タッチパネルへ異常内容を表示します。
製品を把持した途中で停止した場合や、搬送元・搬送先の中間で異常が発生した場合は、現在の対象物がどこにあるかを確認して復旧する必要があります。警報解除だけで不用意に動作を再開せず、退避、原点復帰、手動操作などの復旧手順を定めます。
計量・搬送設備との連携
ロボットアームは、計量機や搬送コンベアと組み合わせることで、容器の搬入、計量、移載、パレット積みまでを自動化できます。計量完了信号を受けて容器を取り出し、次の工程や指定パレットへ搬送します。
容器番号、品種、計量値、搬送先などをひも付けて保存すれば、どの製品をどこへ搬送したかを追跡できます。上位の生産管理システムから作業指示を受け取り、品種ごとにロボットプログラムや搬送先を切り替える構成も検討できます。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、ロボットメーカーのロボットアームと、搬送設備・計量設備を連携させる制御に対応します。搬送物の重量、寸法、搬送元・搬送先、設備能力などを確認し、ロボット制御盤とハカルプラスの制御盤との信号取り合いを設計します。
無電圧接点による運転可能、作業開始、動作中、完了、異常などの信号連携に加え、PLCの通信ユニットを使用したデータ連携も検討できます。他社制御盤との連携では、タイムチャートや入出力一覧を作成し、信号の条件と動作順序を明確にします。
また、コンベア、ストッパー、リフター、計量機などを含む周辺設備の機械・制御設計、ロボットとのインターロック、安全回路、タッチパネルへの状態・警報表示まで、設備全体に合わせて構成します。
よくある質問
Q. PLCからロボットアームの位置を直接制御しますか？
A. 一般には、ロボットコントローラに登録した作業プログラムや位置番号をPLCから選択・起動します。各軸の細かな位置や軌跡はロボットコントローラが制御します。
Q. 異なるメーカーのPLCとロボットを接続できますか？
A. 双方が対応する接点入出力や通信方式を使用できれば接続できます。信号仕様、通信データ、異常時の処理を事前に確認する必要があります。
Q. 無電圧接点と通信はどちらが適していますか？
A. 少数の運転・完了信号を確実に受け渡す場合は無電圧接点が適しています。品種番号や警報コードなど多くの情報を扱う場合は通信が適することがあります。
Q. ロボットが対象物を把持したことを確認できますか？
A. 吸着圧力、チャックの開閉位置、把持センサなどを利用して確認できます。把持確認が成立しない場合は、移動を開始せず警報を出します。
Q. 既設の搬送設備へロボットを追加できますか？
A. ロボットの可搬重量、動作範囲、設置スペース、周辺設備との干渉、安全柵、制御盤の入出力などが適合すれば追加できる場合があります。既設設備との信号取り合いを含めて検討します。
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