天井空間移動ロボットを使った無人工場の実現／21世紀情報化社会における「ものづくりの方法」とは／知的ツールシステムの運用と展開

アイデアシステム / IDEAsystem

知的ツールシステムの運用と展開

｜プレスリリース記事｜

～ 21世紀情報化社会における「ものづくりの方法」とは～

Squaremeister

天井空間移動スクエアメカニズムを使った無人化システム

● テンション同期駆動スクエアメカニズム

　「天井空間移動スクエアメカニズム」は当社独自の「テンション同期駆動スクエアメカニズム」によって構築されています。

　「スクエアメカニズム」は４本の固定ビームによって形成される「矩形フレーム」、その矩形フレーム上を移動する「４個のムーブメント」、その４個のムーブメントをつなぐ「２本の移動ビーム」、その２本の移動ビームの交点に配置された「スライダ」から構成されます。スクエアメカニズムは矩形フレームと２本の移動ビームにより、スライダーの搭載荷重を４点で支持することにより、支持剛性を従来の片持構造に比べ「７６倍」に向上させました。矩形フレームの内側空間全域にわたって高剛性な「支持面」が構成され、その高剛性支持面でスライダーの２次元運動を安定的に支えます。

　天井空間移動スクエアメカニズムは運動領域が広範囲となるためメカニズムの駆動には当社独自の「テンション同期駆動メカニズム」を採用しています。テンション同期駆動メカニズムはベルトやチェーンなどの「帯状部材の張力」を使用して矩形フレームに配された４個のムーブメントとそれを連結する２本の移動ビームを同期して駆動するスクエアメカニズムです。矩形フレームの各コーナーには帯状部材に張力を与える「テンション調整ユニット」が取り付けられ、矩形フレームと移動ビームに添って「対称に配された」Ｘ軸方向・Ｙ軸方向それぞれ２本の帯状部材に規定の張力を付与します。この張力が矩形フレームと移動ビームに「剛性」を発生させます。またこの張力により各箇所に存在する「バックラッシュ」も除去されます。

　テンション同期駆動メカニズムは生物の運動メカニズムを機械の運動メカニズムに置き換えた画期的なメカニズムです。矩形フレームと移動ビームは生物の「骨格」に、帯状部材はその骨格に添って配された「腱」に、テンション調整ユニットはその腱に張力を付与する「筋肉」にそれぞれ対応しています。この対応により機械メカニズムの運動を生物の運動メカニズムと同様な「滑らかで」、「高性能な」運動にすることを実現しました。矩形フレームに対する２本の移動ビームの「直交度」は４隅に配されたテンション調整ユニットの「テンション量の調整」により行われます。また２本の移動ビームの駆動は各移動ビーム両端に配されたムーブメントのいずれか一方のプーリを「回転駆動」することにより行われます。矩形フレーム上を移動する「ムーブメント」と移動ビーム上を移動する「スライダ」は内蔵された「ゴムローラ」でしっかりと支持され、各ビーム外周面を騒音を発することなく安定して移動します。

　移動ビームにかかる曲げモーメントは帯状部材の「張力に変換」され、メカニズムの剛性と精度を効果的に保証します。従来のメカニズムのようにビームにかかる曲げモーメントをビーム剛性で支持する必要がないため「ビームを軽量化」することができ広範囲な運動ストロークにおいても高精度を維持します。

　使用されるベルトやチェーンなどの帯状部材はボールねじなどの精密駆動要素部品と異なり「低コスト」であるとともに、ほぼ「無限の長さで製作が可能」です。メカニズムの大型化に容易に対応でき、高速運動においても騒音を発生させません。さらに付与される張力によってメカニズムに介在する「バックラッシュ」は除去されます。テンション同期駆動メカニズムは構成がシンプルであるため短時間で「現場設置」することが可能です。

● 天井空間移動システム

　人間の生活は「３次元立体空間」の中で構成されるとともに、その生活の多くは「床面を基準」にして構築されています。そのため、床面には多くの設備や備品が置かれ床面上は「過密状態」になっていいるのが現状です。しかし、「天井空間」は未だ「空白な空間」として利用されずに残されています。天井空間移動システムはこの「未開拓」の天井空間に着目し、従来の床面基準の「空間利用法」を転換することを目的として開発された移動システムです。

　床面基準を天井面基準に転換するためには、床面と同等の剛性と精度を保証する広範囲な「支持面」を天井空間に構築しなければなりません。スクエアメカニズムはこの支持面を効果的に実現しました。実現された高剛性で高精度な支持面上を自由に２次元運動するスライダに「作業用ヘッド」、例えば作業用ロボット装置等を搭載すれば天井空間から我々人間が生活する床面空間に作業を施すことが可能となります。これにより今までは不可能とされてきたさまざまな人間作業の省力化や自動化に向けて新たな展望が拓かれます。

● 無人化システムの実現

　天井空間移動システムの応用例として加工工場における「無人化システム」への展開を見ながらこのシステムがもつ可能性を提示します。

　加工工場に設置された加工機械の能力や性能はＮＣ技術等の普及で高い完成域にあります。しかしながらいまだに各加工機械には作業者やそれに代わるロボット装置が配置されているのが現状です。作業用ロボット装置を搭載した天井空間移動システムを用いれば各加工機械に配置されていた作業者やロボット装置を削減して「無人化」することが可能となります。

　作業用ロボット装置を搭載したスライダにはその作業用ロボットを制御する「制御盤」が搭載され、その制御盤には移動ビーム上に設置された「給電トロリー装置」から「電力が供給」されます。天井空間移動システムにおいては「動作領域が広範囲」になるため、作業用ロボットの駆動や制御のための給電用ケーブルや制御用ケーブルを伴って運動することは「非効率」であるとともに「断線事故」の原因ともなるため天井空間移動システムでは電力は給電トロリー装置で供給され、制御信号は無線通信で送受信する方法が採用されます。搭載される作業用ロボットは１台で多工程かつ多機能な働きをするためスライダーには作業用ロボットのハンドやツールを何本かストックする「ツールチェンジユニット」が搭載されます。これにより１台の作業用ロボット装置でありながら複数の作業が効率的かつ万能的に実施可能となります。作業用ロボット装置の搭載台には「作業環境の把握」や「天井空間位置と床空間位置」の位置補正を目的とする「モニターカメラ」が搭載されます。床面や各作業位置に設置された「基準位置ベンチマーク」をモニターカメラによる「画像処理技術」で捕捉し、両空間の「位置誤差を補正」するとともに、各作業位置での「作業スタート信号」を作業用ロボットの制御盤に与えます。この操作により天井空間移動システムの制御プログラムと各作業位置での作業用ロボットの制御プログラムを「切り離す」ことが可能となり、多工程で複合した制御プログラムは「サブルーチン化」され運転操作が「簡略化」されます。作業用ロボットのアーム先端部にはモニターカメラやスピーカが取り付けられ、作業現場から隔たった場所にいるオペレータが送られた映像を見ながら天井空間移動システムに「手動運転操作」を加えたり、作業現場に「音声指示」を出すなど多目的に使用されます。作業用ロボットの搭載台には「照明装置」が取り付けられ「作業環境」に照明を施します。この照明装置によって、各モニターカメラの「撮像を正確に行う」とともに、室内の「全体照明」を省くことができます。特に「２４時間稼働」の「無人化システム」においてはこの照明装置により無駄な電力が効果的に削減されます。

　日本における産業用ロボット技術は「世界最高水準」にあり、あらゆる作業の省力化や自動化に威力を発揮しています。天井空間移動システムはこれらの完成域にある産業用ロボットの能力をさらに「拡大させる」とともに、その省力化投資の効率を「飛躍的に向上させる」革新的システムです。さらに天井空間移動システムは屋内工場のみならず、省力化や自動化が遅れている「建設作業」や「農作業」等、あらゆる作業現場で使用することが可能です。従来のシステムにおいて「唯一」天井空間を利用していたものに「天井走行クレーン」があります。天井空間移動システムは天井走行クレーンに代わる「新たな荷役用機械装置」としても運用が期待されます。また天井空間移動システムは「多数連結される」ことで「さらに広範囲な領域」に展開されます。長い間、生産技術者が「究極の目標」としてきた「生産の無人化システム実現」に向けて天井空間移動システムは必ずや「大いなる夢」を将来することでしょう。

　天井空間移動システムの商標「Squaremeister / スクエアマイスタ」はその夢に期待こめて考えられたものです。

知の羅針盤～スクエアメカニズムの開発～知的ツールシステムの構築

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知的ツールシステムの運用

　「ものづくりのための知的ツールシステム」は商品開発・技術開発の課題解決に必要不可欠なアイデアの着想と発見を支援するために研究開発された思考ツールシステムです。システムは「ものづくりの基本メカニズム」として開発された「スクエアメカニズム」をベースにして制作され、ウェブ上で運用可能なため、「時と場所を選ぶことなく」、瞬時に知的ツールを作動させ、直面する課題に向けて思考展開することができます。

ものづくりのための知的ツールシステムとは

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