協働ロボットの積載能力 説明

ペイロードとしてカウントされるものは何ですか？

ツールフランジに搭載される完全なアセンブリを、ロボットが持ち上げる最も重い部品の組み合わせを含めて数えます。Universal Robots社は、PolyScope Xのペイロードに関するドキュメントで、このようにペイロードを定義しています。

エンドオブアームツーリング（EOAT）とは、部品を把持、検査、または加工するために手首に取り付ける装置のことです。カタログに記載されている重量には、カスタムフィンガー、取り付けプレート、またはオプションのアクセサリが含まれていない場合があるため、完全な部品表を使用して組み立て済みのツールの重量を測定してください。

アームに沿って支持されるサービス、またはオーバーヘッドシステムから支持されるサービスは、実際の支持構造と配線経路に基づいて評価する必要があります。床からツールまでのケーブル全長を剛性フランジ荷重として加算したり、ケーブルの質量が加えるすべての力を吸収すると仮定したりしないでください。把持原理と保持力チェックについては、協働ロボットグリッパーガイドを参照してください。

重心、モーメント、慣性はそれぞれ異なるチェック項目です。

質量が同じ2つの工具でも、手首にかかる負荷は異なる場合があります。その理由を理解するには、結合した質量の位置、力による回転効果、および回転加速度に対する抵抗を分けて考える必要があります。

合成重心を求める

重心（CoG）は、搭載されるアセンブリ全体の三次元座標系における点です。各コンポーネントの重心を、符号と単位を含めて同一のフランジ座標系で指定してください。均一な重力場における通常のロボット荷重計算では、各複合座標を質量加重平均として計算します。

この簡略化された軸方向の例では、すべての部品の中心はフランジのZ軸上にあり、X = Y = 0となっています。記載されているZ値はフランジからの絶対座標であり、合計する長さではありません。

入力例です。計算式を表示するには、左右にスクロールしてください。

負荷時の重心位置は [0, 0, 151.25] mm です。これは 1,210 ÷ 8 = 151.25 だからです。部品が解放されると、2.00 kg のツールアセンブリの Z = (10 + 120) ÷ 2 = 65 mm になります。したがって、ペイロードの状態は質量と重心の両方で変化します。質量加重法については OpenStax で説明されています。

重力モーメントには垂直なレバーアームを使用する

フランジ中心周りの静的重力モーメントの大きさはM = m × g × d⊥で表されます。ここで、d⊥ はその点から合成重心を通る重力の作用線までの垂直距離です。質量は kg、g ≈ 9.81 m/s²、距離はメートルで表され、N·m の値が得られます。

8 kgの荷重を0.14 mの垂直レバーアームで支えると、約10.99 N·mのトルクが発生します。同じ0.14 mの重心距離をフランジの真下に垂直に配置すると、この理想化された静的モデルではその点を中心とした無重力モーメントが発生します。それでも下向きの力が加わり、他のロボット関節に負荷をかけることができます。

一般的な関係式は M = m × g × r × sin θ です。ここで、r はフランジ中心から複合重心までの距離、θ はその位置ベクトルと重力との間の角度です。OpenStaxのトルク定義では、垂直距離の要件が説明されています。これらの図は力学的な関係を示しており、メーカーのペイロード曲線ではありません。

コントローラーの基準座標系における慣性をチェックする

回転慣性とは、質量が軸の周りにどのように分布しているかを表すものです。幅広または長い工具は、質量と重心位置がコンパクトな工具と同じであっても、回転を加速させるにはより大きなトルクが必要になる場合があります。単一の重心位置距離では、この分布を説明することはできません。

組み立てられた負荷の慣性モーメントを、ロボットが必要とする基準点、軸方向、および単位を使用してエクスポートします。たとえば、URのSW10.12スクリプトリファレンスでは、重心（CoG）をメートル単位、慣性モーメントをkg・m²単位で指定し、慣性モーメントの原点はペイロードの重心（CoG）に、軸はフランジに沿って配置されています。別の原点に関するCADテンソルには適切な変換が必要です。数値をそのままコピーすると、誤った結果になる可能性があります。

力学の参考資料：OpenStax、回転慣性、平行軸の定理。