エンドオブアームツーリングにおけるコンパクトシリンダー:設計ガイド

エンドオブアームツーリングにおけるコンパクトシリンダー:設計ガイド

私は毎週、オートメーション・エンジニアから次のような問い合わせを受けている。 アーム終端工具1 高精度のアプリケーションでは、嵩張りすぎたり、速度が遅すぎたり、あるいは単に信頼性が低かったりします。可搬質量とサイクルタイムの要件が、従来のシリンダー設計の実用的な限界を超えている場合、この課題はさらに重要になります。🤖

エンド・オブ・アーム工具の小型シリンダーは、毎分60回転以上のサイクル速度を維持しながら最適なグリップ性能を達成するために、重量対力比、取り付け構成、ロボット制御システムとの統合を慎重に検討する必要がある。

先月、私はミシガン州にある自動車部品工場のロボット工学エンジニア、デビッドと仕事をした。彼のピックアンドプレース・システムは、過度の慣性を生み、位置決め精度を低下させる空気圧部品の大型化により、生産目標を達成することができなかった。

目次

エンドオブアームシリンダー用途の主なサイズ制約とは?

エンドオブアームツーリングは、ロボットの性能と可搬重量に直接影響する厳しい寸法制限の中で動作します。

サイズの重要な制約には、典型的な産業用ロボットの最大重量制限2~5kg、200mm x 200mmのフットプリント内のエンベロープ制限、および以下のものが含まれます。 重心2 ロボットの精度とサイクルタイム性能に影響を与える考慮事項。

重量配分分析

エンド・オブ・アームの設計における基本的な課題は、グリップ力とシステム全体の重量のバランスをとることです。何百もの導入事例から学んだことは以下の通りだ:

ロボット・ペイロード最大工具重量コンパクトシリンダーボアフォース出力
5kg1.5kg16mm120N@6バール
10kg3.0kg20mm190N@6バール
25kg7.5kg32mm480N@6バール
50kg15kg40mm750N @ 6 bar

エンベロープ最適化戦略

複雑なグリップパターンのために複数のシリンダーが必要な場合、スペース効率が重要になります。私は常にこれらの設計原則を推奨している:

  • 入れ子のマウント フットプリントを最小限に抑える
  • 一体型マニホールド 接続の複雑さを軽減する  
  • コンパクトなバルブ統合 シリンダー本体内
  • 柔軟な取り付け方向 最適なスペース利用のために

重心に関する考察

ノースカロライナ州にある包装機器会社の設計エンジニア、サラは、シリンダーの取り付け位置をロボットの手首に25mm近づけるだけで、位置決め精度が40%向上し、サイクル速度が15%向上することを発見した。教訓:エンドオブアームアプリケーションでは、1mm単位が重要である。📏

グリップに必要な力はどのように計算しますか?

適切な力計算により、デリケートな部品やワークピースの損傷を防ぎながら、信頼性の高い部品ハンドリングを実現します。

把持力の計算は、部品の重量、ロボット動作中の加速力、クリティカルなアプリケーションのための2~3倍の安全係数、および以下を考慮する必要があります。 摩擦係数3 グリッパー表面とワークピース材料との間。

力の計算式

私が腕の末端をつかむ用途で使っている基本的な計算式はこうだ:

F_required = (W + F_acceleration) × SF / μ

どこでだ:

  • W=部品重量(N)
  • F_acceleration = ma(質量×加速度)
  • SF = 安全係数(2~3倍)
  • μ=摩擦係数

材料固有の摩擦係数

素材の組み合わせ摩擦係数推奨安全係数
ゴムにスチール0.7-0.92.0x
ウレタン・アルミニウム0.8-1.22.5x
テクスチャード・グリップのプラスチック0.4-0.63.0x
ガラス/セラミック0.2-0.43.5x

動的力解析

高速ロボットアプリケーションでは、シリンダのサイジングで考慮しなければならない大きな加速力が発生します。1kgの部品が2m/s²の加速度で移動する場合:

静的な力: 10N(部品重量)  
ダイナミックな力: 2N(加速度)  
安全率2.5倍の合計: 最小把持力30N

ベプトのコンパクトシリンダーは、このような過酷な用途向けに特別に設計されており、従来の設計と比較して優れた力対重量比を実現しています。💪

コンパクト設計でスペース利用を最適化するマウント方法とは?

戦略的な取り付けアプローチにより、メンテナンスや調整のためのアクセス性を向上させながら、工具全体のサイズを30-50%小さくすることができます。

最適な取り付け方法には次のようなものがある。 一体型マニホールド4 システム、多軸取り付けブラケット、入れ子式取り付けのための貫通穴設計、外部配管をなくし、組み立ての複雑さを軽減するモジュラー接続システム。

マウント構成の比較

伝統的なマウントとコンパクトなマウント

マウントタイプスペース効率メンテナンス・アクセスコストへの影響
外部マニホールド60%グッドスタンダード
一体型マニホールド85%限定+15%
スルーホールデザイン90%素晴らしい+25%
モジュラーシステム95%傑出している+30%

ベプト・コンパクト・シリンダーの利点

当社のBeptoコンパクトシリンダーは、従来の設計を凌駕する革新的な取り付けソリューションを特徴としています:

特徴スタンダード・デザインベプト・コンパクト省スペース
全長180mm125mm30%
取付金具外部統合40%
空気接続サイドマウントスルーボディ25%
システム総重量850g590g31%

モジュラー・インテグレーションの利点

カリフォルニアにある医療機器会社のシステムインテグレーターであるマイケル氏は、当社のモジュール式コンパクトシリンダーシステムに切り替えることで、エンドオブアームツールの組み立て時間を4時間から90分に短縮しました。一体化された接続部により、12 個の別個の継手がなくなり、75% によって潜在的なリークポイントが減少しました。🔧

ロボット制御システムで取り組むべき統合の課題とは?

統合を成功させるには、空気圧タイミング、ロボットの動作プロファイル、安全システム間の慎重な調整が必要です。

統合における重要な課題には、シリンダーの作動とロボットの位置決めとの同期、迅速な動作中の適切なエア供給管理の実施、次のようなものがあります。 フェールセーフ動作5 停電時の対応、ロボット制御システムとのフィードバック信号の調整。

制御システムの同期化

タイミング調整の要件

ロボットの動作とシリンダーの作動の適切なタイミングは、信頼性の高い操作に不可欠です:

  • プレポジショニング: シリンダーはロボット動作の前に位置に到達していなければならない
  • グリップの確認: ロボット加速前の位置フィードバック  
  • リリースのタイミング: ロボットの減速と連動
  • 安全インターロック: 緊急停止機能の統合

航空供給管理

システムパラメータスタンダード・アプリケーションエンド・オブ・アーム要件
供給圧力6バー6~8バール(応答性を高めるため、より高くする)
流量スタンダード150%(ラピッドサイクル用計算済み
リザーバーサイズシリンダー容積の5倍シリンダー容積の10倍
応答時間<100ミリ秒<50ミリ秒

フィードバックと安全システム

現代のロボットアプリケーションは、信頼性の高い操作のために包括的なフィードバックを必要とします:

  • ポジションセンサー グリップ確認用
  • 圧力モニタリング フォースフィードバック用
  • 安全弁 緊急リリース用
  • 診断能力 予知保全のために

完全な統合サポートとテスト済みの制御インターフェイスを提供し、試運転時間を60%より短縮します。🤝

結論

エンドオブアーム工具にコンパクトシリンダーをうまく組み込むには、信頼性の高い高速自動化性能を達成するために、サイズ制約、力の計算、取り付けの最適化、制御システムの調整などに系統的な注意を払う必要があります。

エンドオブアームツーリングにおけるコンパクトシリンダーに関するFAQ

Q: ロボット把持用途で実用的な最小シリンダーサイズは?

実用的な最小サイズは通常内径12mmで、6バールの圧力で約70Nの力を発揮します。これより小さいサイズでは信頼性の高い把持に十分な力が得られず、これより大きいサイズではロボットシステムに不必要な重量と慣性が加わる。

Q:ロボットの急速な動きの中で、空気供給の問題をどのように防いでいますか?

シリンダー容積の10倍の大きさのエアリザーバーを工具の近くに設置し、サービスループ付きのフレキシブルなエアラインを使用し、供給圧力を最低要件より1~2バール高く維持する。高速サイクル中にシリンダーを素早く引き込むために、クイックエキゾーストバルブを考慮する。

Q: アーム端シリンダーには、どのようなメンテナンス・スケジュールを推奨しますか?

常に動き、振動にさらされているため、シールと接続部は毎月点検してください。シールは2~300万サイクルごと、または毎年、いずれか早いほうを交換する。故障が発生する前に劣化を検出するため、性能パラメータを毎週監視する。

Q: コンパクトシリンダーはロボットの高速動作による振動に対応できますか?

高品質のコンパクトシリンダーは、ロボットアプリケーション用に、強化された取り付け部と耐振動シールで設計されています。しかし、振動を緩和する適切な取り付けと定期的なメンテナンスは、高周波用途での長寿命化に不可欠です。

Q: エンド・オブ・アーム・シリンダー・アプリケーション用のエア・ラインのサイズはどのように決めますか?

ロボットの急加速時の圧力低下を補うため、標準推奨サイズより1サイズ大きいエアラインを使用してください。ラインの長さを最小限にし、急激な屈曲を避ける。接続箇所を減らし、応答時間を改善するために、一体型マニホールドを検討する。

  1. ロボットアームの先端に取り付けて部品と相互作用させる装置、EOAT(End-of-Arm Tooling)の基礎を学ぶ。

  2. エンドエフェクターの重心がロボットの性能、速度、位置決め精度にどのような影響を与えるかを探ります。

  3. 様々な材料の組み合わせに対する静止摩擦係数の包括的な工学的表を参照。

  4. バルブ接続を集中化し、配管を減らし、オートメーションシステムのスペースを節約する統合空気圧マニホールドの働きをご覧ください。

  5. 安全工学の基本原則であるフェールセーフ設計の概念を理解する。

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チャック・ベプト

空気圧業界で13年の経験を持つシニアエキスパートのチャックです。Bepto Pneumaticでは、お客様に高品質でオーダーメイドの空気圧ソリューションをお届けすることに注力しています。私の専門分野は、産業オートメーション、空気圧システムの設計と統合、主要コンポーネントのアプリケーションと最適化です。ご質問やご相談がございましたら、お気軽に下記までご連絡ください。 pneumatic@bepto.com.

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