産業用自律ロボットは、製造業や産業倉庫の世界における効率、生産性、自動化を再定義しています。これらのロボットは、ほぼ一夜にして産業プロセスの生産性と品質を向上させましたが、それらを動かす技術はほぼ1世紀にわたって開発されてきました。
この記事では、産業用ロボットがシームレスに機能することを可能にしている主要なセンサー技術のいくつかについて説明します。
産業用ロボットにおけるレーダー技術
レーダー技術 は第二次世界大戦に至るまで軍事利用のために秘密裏に開発され、「レーダー」という用語は1940年に米国海軍によって造られました。この頭字語は「Radio Detection and Ranging」の略です。レーダーは電波を送信し、他の物体から跳ね返った電波の反射電波信号を受信します。これを実現するために、レーダーは長波長の無線信号を利用します。2メートルから数キロメートルまでの距離にある約1メートルを超える物体を検出できます。
レーダー センサーは解像度が比較的低いため、人間、インフラストラクチャ、車両の検出などの大規模な産業用ロボット アプリケーションでのみ使用されます。たとえば、部品を保管倉庫から組み立て工場に移動する自律型産業用ロボットが倉庫内を移動する場合、レーダー センサーを使用して、倉庫のラック、他の自律型ロボット、壁、その他の大きなアイテムなどの大きな特徴をマッピングできます。
レーダーセンサーは比較的低い電力消費を必要とします。これらは比較的単純なデータ ストリームを出力し、限られた計算要件しか必要としません。
近接センサー
レーダーとその「コール アンド レスポンス」テクノロジーと同様に、一般的な 近接センサー は信号を出力し、物体から反射された信号を受信します。これは、産業および製造環境での自律ナビゲーションにとって非常に重要です。これらの技術は、レーダーのように自律型ロボットに360度の存在検出を提供することはできませんが、レーダーよりもはるかに高い解像度で物体の近接性を検出することができます。
たとえば、 VL53L1X Time-of-Flightセンサーは、最先端の940mmレーザー測距技術を利用して、4cm ～ 360cmの距離で正確な物体検出と距離測定を行います。これにより、自律型ロボットが狭い廊下を移動したり、製造部品を配置したりできるようになります。
LIDARセンサー
多くの自律型産業用ロボットは、大規模な倉庫や製造生産ラインなどの3次元空間を移動する必要があります。自律型ロボットは、完璧なナビゲーションを実現するために、空間を積極的に再マッピングすることが一般的に求められます。
LIDARテクノロジーは基本的にレーダーに似ており、光検出および測距テクノロジーを使用して送信機から反射点までの距離を検出します。基本的に、この技術は、前述のレーダーと近接センサーの組み合わせと考えることができます。ただし、LIDARシステムは、単一の信号を一貫して放射するのではなく、360度の視野内で毎秒数百万個の光点を順番に放射します。この放出戦略により、各「ポイント」を個別にマッピングできるようになり、それを使用して「ポイント クラウド」を形成できるようになります。ポイント クラウドを補間して、自律型ロボットが移動できるメッシュ化されたサーフェス ワールドを作成できます。
これらのLIDARポイント クラウドは完全に測定可能であり、車両はメッシュ環境内のすべてのものとの相対距離を瞬時に知ることができます。ただし、LIDARシステムでは、LIDARのポイント クラウド データを処理するために、オブジェクト分類、サーフェス メッシュ作成、自動運転用の計算集約型AIニューラル ネットワークを使用する必要があります。これにより、LIDARベースのシステムはエネルギーを大量に消費し、資本投資が集中する可能性があります。
すべての自律型ロボットと同様に、LIDARシステムはオブジェクトを誤って分類したり、他のオブジェクトの背後にあるオブジェクトを認識できなかったりする可能性があり、多くの場合、驚くほどの量のトレーニングと構成が必要になります。
サーマルカメラ
多くの製造および産業アプリケーションでは、危険なプロセスが使用され、危険な環境で動作します。当然のことながら、産業用自律ロボットは、人間の作業者に危害を及ぼす可能性のある用途で最も多く使用されます。しかし、それは自律型ロボット自体が有害な条件にさらされることを意味します。
危険な環境にある産業用および製造用の自律型ロボットを保護するために、表面や物体の極端な温度を検出できるサーマルカメラが活用されています。サーマルカメラは、船上の電子機器に損傷を与える可能性のある温度を回避することで安全な航行ルートに関する情報を提供するだけでなく、温度が予想範囲外であるという情報を製造施設や産業施設に提供するために使用されます。さらに、 サーマルイメージャー とカメラを使用して、人間や他の動物が存在するかどうかを検出します。
たとえば、主なナビゲーションにLIDARシステムを使用する自律型ロボットが倉庫のラック内に立っている人間を「見て」識別できない場合、サーマルカメラは人間の存在を検出し、人間との衝突の可能性を回避するのに役立ちます。
モーター制御センサー
自律型産業用ロボットは、精度と正確さが求められる製造アプリケーションでよく使用されます。これらのロボットは、多数の物体を非常に高速に移動したり、大きな物体を非常に正確な場所に移動したり、溶接や接着剤の塗布などの超精密な作業を人間よりも正確に実行したりするなど、特定のタスクを実行します。そのため、これらのロボットを制御するモーター システムは、その正確な位置を常に把握する必要があるため、非常に高い許容範囲で製造されています。ただし、モーターを感知して制御する方法は複数あります。
ステッピング モーター とサーバー モーターは、指定された位置への回転を開始および停止できるため、ロボット アームや同様のアクチュエーターに非常に適しています。サーボモーターは、指定された場所で回転を開始および停止するという点でステッピングモーターに似ていますが、精度はそれほど高くありません (ただし、より効率的です)。
ステッピング モーターとサーボ モーターはどちらも、 光学エンコーダー、 電気機械エンコーダー、 ホール効果センサーなど、複数の種類のモーター制御センサーを利用できます。回転モーターは、さまざまな速度でシャフトを回転させますが、速度を感知するためにさまざまな種類のセンサーに依存しています。一般的なモーターの速度は 電流センサーを使用して把握できますが、光学エンコーダーやホール効果センサーなどの他のセンサーを使用してシャフトの回転数をカウントすることもできます。
自律型産業用ロボットセンサー
自律型産業用ロボットは、それが使用される施設の運用と機能に不可欠です。センサーは非常に重要な役割を果たします。レーダー、LIDAR、 飛行時間センサー などのコールアンドレスポンスセンサー技術はナビゲーションに非常に役立ちます。一方、熱画像センサーはロボットのナビゲーションを補助し、自律型ロボットを危険から保護します。最後に、エンコーダ、ホール効果センサー、電流センサーなどのさまざまなモーター制御システムとセンサーは、自律型産業車両が現在地と動作状況をリアルタイムで把握するのに不可欠です。
重要なセンサー技術の詳細については、センサー カテゴリ ページまたはセンサーに関する記事とイベント ページをご覧ください。
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