NACHITECHNICALREPORT
Robots15B1

Vol.

Feb/2008■ 新商品・適用事例紹介
動き自在、7軸"腕"ロボット「プレストMR20」
ロボット事業
機械工具
機能部品
マテリアル

"Presto MR20"---A Robot with "7-axis Arm" for Flexible Movement〈キーワード〉ハンドリングロボット・7軸構成・省スペース・
産業機械・自動化・多品種少量生産

ロボット事業部／開発部

高田 昌幸
Masayuki Takata
ファミリーブランド Prestｏ／プレスト
敏捷 、素速い身のこなし。正確に流れを作ります。

動き自在、7軸"腕"ロボット「プレストMR20」

要旨

ものづくりをとり巻く環境は、少子化による労働力近いロボット

さらなる自動化・省の減少や競争の国際化により、今回、新しく開発した省スペース設置型垂直7関人化の努力が続けられており、ロボットへの期待が益々「プレストMR20」は、強力で且つ様々な作節ロボット大きくなっている。

業条件に適用できる手首負荷能力に加え、7軸構造こうした期待にこたえるため、NACHIは、ハンドリンとしたことで、動作領域を拡大した。さらに、周辺装MA，VSシリーズなど豊富なラインナッ
グ用途として、SC，置との干渉も容易に回避できる自由度の高い動作プを揃え、組み立て、加工工程の自動化・省力化やロボット本体のコンパクトさと合わせ、が可能となり、品質の安定化に貢献してきた。

高密度な設置条件下での作業で威力を発揮する。

これまでの実績に加え、工具、軸受、油圧機器なより多品種また、汎用ハンドを組み合わせることで、どのNACHIの広範囲なものづくりの強みを活かし、少量生産が可能となる。

より人間の｢腕｣に近く、複雑な作業が可能な７軸構「プレストMR20」は、最大可搬質量30kgの強力造の新プラットフォームロボット｢プレスト MR20｣を開な手首仕様にコンパクトな本体、7軸構成といった特発した。

徴を持ったロボットである。その外観を図1に、本体

Abstract
The environment surrounding the manufacturingsector poses further efforts for continued machine automation and manpower reduction due toa declining birth rate, diminishing labor force andinternationalization of competition. Thus the expectation to robotic technology has increasinglygrown.
In order to respond to the expectation, Nachi haspresented a wealth of various product lineups ofhandling robots such as SC, MA and VA Series,
contributing to the automation, energy savingsand quality stabilization in the assembly and machining processes.
In addition to our proven performance, NACHI
has developed a robot with a new platform called,"Presto MR20" that is capable of complicatedtasks with 7 axis like a human arm, utilizing ourwide-ranging manufacturing strength from Tool,Bearing and Hydraulic Unit divisions.
1

1. より人間の「腕」に仕様を巻末の表1に示す。
産業機械分野では、多品種少量生産のため、段ロボットによる自動化がすす取り替えが頻繁となり、んでいない。また、工場スペースの観点から、生産効システム全体の省スペース化が率を上げるために、要求される。このような作業環境にターゲットを絞り、より人間の｢腕｣に近く、複雑な作業が可能な７軸構造の新プラットフォームロボット｢プレスト ＭＲ２０｣を開発した。

図1 「プレストＭＲ20」の外観

2.「プレストＭＲ20」の特長
1）作業者1人分のコンパクトな本体
人手作業の置換えを狙い、狭いスペースでも設置できるようにアームの前後ストロークや干渉半径・設置面積などを人間と同程度の大きさとした。
人の大きさとの比較を、図2に、干渉半径・設置面積の従来機比較を、図3に示す。
また、従来機とロボット全高は、1,310ｍｍと小さく、比較して、旋回動作時のロボットフレーム部の干渉半
1,310mm

径を約25％小さくし、ベース設置寸法を約40％縮小した。作業者1人分の作業エリアにジャストサイズのロコンパクトなロボットセルが可能となった。
ボットであり、

図2

従来機

作業者１人分のコンパクトな本体

プレストMR20

2228

R3R4280226470

420

40％縮小

226400300470

図3

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干渉半径・設置面積の比較

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動き自在、7軸"腕"ロボット「プレストMR20」2）7軸構成と広い動作範囲

ただし、単に7軸構成としただけでは、最小リーチ

従来の6軸構成では、動作姿勢の制約から、図4

ポイントの可動領域が大きくなるだけで、前後ストローに示すように工作機械の前に設置するのが一般的クが不足する。この問題を解決するため、J1軸の旋であり、機械の保全性が悪くなる影響があった。これ

回中心からオフセットした位置にJ2軸を配置した。こを回避するために、図5に示す様な7軸構成を採用し、れにより、最大リーチポイントを大きく、さらにJ1軸を反図6の様に機械の横に設置できるようにした。

転させることで最小リーチポイントを小さくすることが7軸としたことでロボットの干渉領域が縮減し、可より狭いスペースでの動動範囲が拡大したことで、でき、十分な前後ストロークと広い動作範囲が確保できた。拡大した動作範囲を、図7に示す。

作が可能となり、より人間の｢腕｣に近いフレキシブルな動作を実現した。

工作機械前面の保守スペースを確保できる。

図4

従来機でのローディングシステム例

図6 ＭＲ20によるローディングシステム例
ポイントA
500

150100J6軸6軸での動作範囲

00

J7軸

R4ポイントA
動作範囲

500

J2軸

250

J1軸

2655501,26037軸構成図310400

図51,610

J5軸

167

J3軸

600

J4軸

125

図7851

動作範囲及び本体寸法図

3）より人間の「腕」に近いフレキシブルな姿勢（実質動作範囲の拡大）ロボット
狭いスペースでの作業効率を上げるため、の直線動作領域を拡大した。従来機のような6軸構Ｊ5軸の動作範囲制限によるロボッ
成のロボットでは、手首上向きでの下降動作

従来ロボットの動作限界

トの姿勢制限があり、手首フランジが上向きの時の、ロボットの最小リーチポイント付近での直線動作が不「プレストMR20」では、図8に示すよう可能であった。
それを回避した動作がでに、7軸目の動きを利用し、きるようになり、無駄なく動作領域を活用できる。これにより、ワーク下方からのアプローチも可能となり、治具やワークの姿勢を問わないレイアウトが可能となる。

（回り込むアーム姿勢）

実質
動
作
範
囲拡
大
プレストMR20ロボットの動作限界

J5軸動作範囲制限角度

さらに、7軸目の冗長軸を利用することで、図9に示すように、同じ位置への動作に対して自由なアーム姿勢をとることができる。回り込む姿勢をとることで、周辺機器などの干渉物を避けてターゲットにアプローチできるなど、適用性が格段に向上した。
さらに前述
このようにフレキシブルな動作ができ、した小さな設置スペースと干渉半径を持つことを含めて、設置条件を選ばない自由なレイアウト設計が可能となる。

図8

直線動作領域の拡大（特異点姿勢を回避）※1

次に、ロボットが動作する軌跡上に、特異点姿勢がある場合、ロボットがスムーズに動作しなくなることがある。このような場合、6軸構成のロボットでは、動「プ作ポイントを追加するなど回避が複雑であるが、レストMR20」は、動作に自由度が増したことにより、容易に特異点姿勢を回避し、あらゆる動作でスムーズなモーションを実現できる。このことから、次の動作へ移行する最適姿勢への準備も容易に設定でき、

図9 自由なアーム姿勢の例

ラインタクトの短縮にもロボットの無駄動作を削減し、貢献できる。

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動き自在、7軸"腕"ロボット「プレストMR20」4）強力な手首負荷能力※2（フレキシブルハンドの装着）

産業機械分野では、取り扱い品目が多いことから、また、頻繁な段取り替えを無くすため、汎用ハンドワークの大きさも様々である。大きなワークの場合、可の開発もすすめている。こうしたハンドは、高機能な搬質量を満足していても、重心位置が遠くなるためため、大きくなることが多く、重心位置が遠くなる。将適用できない場合がある。これに対応するため、手来、多様なハンドの装着も考慮し、手首トルクを強化

首トルクを従来機より、J5軸は2.5倍、J6軸は2.8倍とした。

大幅に強化した。手首トルクマップを、図10に示す。

機械部品、板金部品、樹脂部品など多彩なワーク

フランジからの重心位置の最大距離は、15kg可あらゆる形状にフィットするフレをつかむ｢手｣として、搬時の比較で、75mmから425mmと5.7倍となってキシブルハンドを開発。形状や大きさが異なるワークおり、実際の使い勝手のよさは、手首トルク値以上に対し、つかむ方向や指の開閉ストローク(Ｍａｘ２００のものとなっている。

ｍｍ)を無段階に設定が可能なため、ハンド交換が不要、ロボット本体と同一のコントローラー(制御装置)で、同期制御を可能にした。
また、非常停止時や電源ダウン時にも保持力をキープし、ワークの落下を防止する新機構を採用するなど、安全面・品質面にも配慮した。
NACHIが開発したフレキシブルハンドの装着例を、図11に示す。

図10

手首トルクマップ

図11 フレキシブルハンド装着例

55）可搬質量の可変対応

6）豊富なアプリケーション対応

ロボットの周辺には、治具やワークパレットが配置多品種の生産や、複合的な作業にも対応できるそれされる。これらは、一般的に適用ワークより重く、ように、エアー用配管φ6×2系統、入出力信号用としらの移動には別の装置が用いられる。これらの搬送て18芯を準備している。また、様々な汎用ハンドへののとり扱いやワークの加工前後の質量変化にも対対応を見越して、8軸目の追加軸用の配線を標準で応できるように、動作範囲を規制することで、可搬質内蔵している。

量をアップできるようにした。動作ストロークと可搬質量の関係を、図12に示す。
より一層シンプルな自動化システムのこれにより、構築が可能となる。

ロボット本体でIP65
ロボットの耐環境性としては、相当の防塵防滴性を持ち、切削油や、加工粉の飛散する状況下にも対応した仕様となっている。

（ビジョンセンサーの搭載）
POINT A

20kg可搬時
最大動作範囲人間の｢目｣にあたるビジョンセンサー(ＮＶ−ＡＸ)
ストッカー内のワークの形状、を搭載することにより、位置、傾きなどを瞬時に認識。これまでオペレーターが並べ替えていたワークを、バラ積みされたままでとり出すことが可能になる。
また、周囲環境(明るさ、背景)の変化に左右されにくい、高い認識力を発揮する視覚３Ｄセンサー機
クロスレーザー、レーザースキャン
能(ステレオビジョン、22.5kg可搬時最大動作範囲など)もラインアップした。

25kg可搬時
最大動作範囲1000

30kg可搬時
最大動作範囲

1100
1190
1260

図12

動作ストロークと可搬質量

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3. 産業機械の需要に応える
これまで自動車、電機・電子産業はいち早くロボットの導入をすすめ、日本のリーディング産業としてもそれらを支える幅広のづくりを牽引してきた。一方、い一般産業機械分野では、ロボット化が浸透していない状況にあり、今後は、自動化(人手不足対策)、コスト対応、品質向上などの観点から、産業機械分野でロボットの需要が拡大すると予想される。
今回紹介した省スペース設置型垂直7関節ロボッ

表1 プレストMR20基本仕様
項目
ロボット型式
構造
自由度
駆動方式
最大動
作
範
囲

JT1JT2JT7JT3JT4JT5JT6

最大速度

JT1JT2JT7JT3JT4JT5JT6ト「プレストMR20」は、従来機以上に様々な使用条件に対応できる、自由度の高い省スペース設置型
垂直7関節ロボットであり、適用性・汎用性が格段にロボットを用いた自動化が向上している。これにより、より促進されると確信する。
可搬質量（社内で導入テスト）
フレキシブル
今回の開発では「プレストＭＲ２０」、ハンド、ビジョンセンサーについて、社内で導入し、テスト、改良を重ねて、商品化に成功した。
今後、切削工具、ベアリング、油圧機器、特殊鋼など社内の生産ラインにおいて、自社製ロボットを積極的に導入し、自動化による生産性と品質の向上を推進する中で、ロボット本体や要素技術の開発・アプリケーション技術、ノウハウの蓄積に改良に加え、とり組み、魅力あるロボットを開発し、提供していく。

用語解説※1 特異点姿勢
この場合、2軸以上の回転軸心が、一直線上に並んだ姿勢など、モーション計算上の解が無数に存在する姿勢。
※2 フレキシブルハンド
NACHIが開発した、クランプ方向、把持ストロークを無段階に設定できる汎用ハンド装置。

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Vol.15B1February / 2008

〈発手首トルク

手首慣性モーメント

JT5JT6JT7JT5JT6JT7仕様
ＭＲ20関節型
7ACサーボ方式±3.14rad（±180°）＋2.27〜−0.87rad（＋120〜−5°）±3.14rad（±180°）＋2.35〜−2.89rad（＋135〜−16°）±3.14rad（±180°）±2.35rad（±135°）±6.28rad（±360°）
2.91rad／s（170°／s）
2.91rad／s（170°／s）
2.91rad／s（170°／s）
2.91rad／s（170°／s）
4.36rad／s（250°／s）
4.36rad／s（250°／s）
5.23rad／s（300°／s）
20kg（最大30kg）
80.8Nm
80.8Nm
44.1Nm
26.0kgm
26.0kgm
22.3kgm±0.1mm
位置繰り返し精度
20.49MPa（5.0kgf／cm ）以下
最高使用空気圧力
0〜45℃
周囲温度
床置・天吊り設置条件
IP65相当（防塵防滴）
耐環境性
220kg
本体質量
1［rad］＝180／π［°］,1［N・m］＝1／9.8［kgf・m］※手首負荷質量により動作範囲が制限されます。
※手首許容慣性モーメントは、手首負荷条件により異なりますので、ご注意ください。
※有機溶剤、酸、アルカリ、塩素系、ガソリン系切削液などシール部
材を劣化させる液体は使用できません。

関連記事
1）中屋 正幸：3次元認識対応「ロボット視覚装置 NV−AX」、
NACHI TECHNICAL REPORT、Vol.14 B2、October（2007）

行〉 2008年2月20日
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