ロボットアームに役立つ6軸力覚センサー特徴や3軸との比較を解説

製造業界では、人手不足や生産効率向上の観点から、今まで人間が担っていた手作業をロボットアームに代替させるケースが増えています。その中で重要な役割を占めているのが、ロボットアームに感覚を与える力覚センサーです。

力覚センサーには、3軸タイプと6軸タイプの2種が存在します。

3軸：XYZ三方向の力（（Fx,Fy,Fz）もしくは Z方向の力とX,Y方向のモーメント（Fz,Mx,My）を測定

6軸：XYZ三方向の力とモーメント全て（Fx,Mx,Fy,My,Fz,Mz）を測定

6軸力覚センサーの採用により、ロボットアームが行える作業は大幅に増えており、生産性の向上に大きく寄与しています。またこれらのロボットアームは、製造業だけでなく、農業における収穫作業など他の分野での採用が拡大することも期待されています。

この記事では、3軸力覚センサーと6軸力覚センサーの違いや6軸力覚センサーのメリットについて解説します。

3軸力覚センサーと6軸力覚センサーの違いは、計測できる状態量の数です。

3軸力覚センサーとして使われるものは主に2種類で、X,Y,Z方向における力（Fx,Fy,Fz）を測定するものと、Z方向の力と、X,Y方向のモーメント（Fz,Mx,My）を測定できるものがあります。目的に応じて使い分けられており、ロボットアームには、（Fz,Mx,My）を測定できる3軸力覚センサーが多く採用されています。

一方で、6軸力覚センサーはX,Y,Z方向の力とモーメントすべて（Fx,Mx,Fy,My,Fz,Mz）を測定することが可能です。複数の状態量に基づいて制御するため精度は上がる一方で、それぞれの状態量を誤計測しないような高い検出精度を実現するための工夫が必要となります。

3軸力覚センサーは、比較的単純な動作制御向けのロボットアームに用途が限定されます。6軸力覚センサーに比べると制御しなければいけないパラメーターが少なく、センサー単体や構成もシンプルにまとめ、コストを抑えたい場合には有力な選択肢です。

6軸力覚センサーは、3軸力覚センサーよりも精密な動作制御が必要なロボットアームへの採用が進んでいます。価格は3軸力覚センサーよりも高価ですが、それを上回る大きなメリットがあります。

6軸力覚センサーをロボットアームに採用するメリット

ロボットアームへの採用が加速している6軸力覚センサーについて、メリットを紹介します。

ティーチングが容易になる

ティーチングとは、製造工程の中でどのように動くかをロボットにあらかじめ記録する作業です。6軸力覚センサーを使用すると、このティーチングを簡便に行えるようになります。

ティーチングにおいて複雑な動作を正確に設定するためにはロボットの挙動ひとつひとつを精緻に考えていく必要があり、大変な時間と労力を要する作業になります。特にアームが製品を把持する際の力の制御は、アームの稼働量だけで制御するのは困難です。

ですがロボットアームに6軸力覚センサーを組み込めば、その作業の労力を軽減することができます。力覚センサーはアームが製品を掴む把持力や滑りをデータとしてアウトプットします。そのデータに基づき把持力を調整するプログラムを導入することで、ティーチングにおける細かい動作の設定は簡略化することができるはずです。
はめ合わせやネジ締め、平面合わせ、曲面ならい、バリ取りなど、3軸力覚センサーでは対応できない作業にも対応可能です。