協働ロボットとは？これまでのロボットとの違いやメーカーを紹介

こんにちは、ダイナです！

今回は協働ロボットについて紹介します。

さまざまな業界でDX化が促進されていますが、工作機械業界の現場にもNCをはじめとする革新的な技術が導入されています。

協働ロボットとは一体どのようなものなのでしょうか！

機能やメーカー、機器の種類についてなど解説します。

協働ロボットとは

協働ロボットとは、その名の通り人と協働して作業をするロボットです。2013年の共同ロボットの安全規制緩和により、協働ロボットの導入が促進されるようになりました。

2013年協働ロボットの安全規格要求では、従来使用されているモータ－の定格出力が80 W を超える産業用ロボットは柵、又は囲いを設置して人とロボットの作業空間を保つ必要がありました。つまり、共に働けなかった。

その後、2013年厚生労働省通達（基発1224第2号）によって、労働安全衛生規則の一部を改正する省令が施行され、設計や製作、産業用ロボットは、その使用条件に基づき適切に使用する範囲で柵または囲いの設置をせずに使用できるという規制緩和が実施されました。

安全柵を設けず協働することによって人の作業負担やエラーを軽減できるだけでなく、効率化による人手不足の解消にも効果があります。

協働ロボットのメリット

協働ロボットのメリットは作業の手間や負担を軽減して効率化することです。協働ロボットは、さまざまな技術革新により、作業のプログラミングや製造ラインへのインテグレーションの手間や負担を軽減し、 実装期間を短縮できます。

産業用ロボットは「半完結製品」で、「生産機械」として考えた場合、そのままただ動くだけでは製品と呼べません。ハンド が取り付けられ、プログラムが組まれ、センサーや周辺機器が取り付けられ、最終的には 何らかの生産システムに組み込まれて初めて価値が確定します。

そのため、用途や目的を実現するためには、ハンドなどの新たなハードウェアを組み合わせ、これらが機能するようにソフトウェアをプログラムするインテグレーションの作業が発生します。

従来、生産ラインを組み替えるたびに新たなハードウェアを開発し、プログラミングを行わなければならなかったため、大きな負担が発生、ここに産業用ロボット利用の大きな障壁があったわけですが、さまざまな技術革新により、作業のプログラミングや製造ラインへのインテグレーションの手間や負担を軽減され、 実装期間の短縮や効率化を実現できるようになったのです。

(参考：https://www.kyodo-robot.com/primer/differences)

協働ロボットの使用用途

製造業では、食品や自動車、電子部品など幅広い業界で安全性に留意しながら利用が拡大しています。

比較的小型で細かい作業を行え、スペースの狭い場所でも利用できるためさまざま業界で導入されています。

自動車業界では、主に成型プレスや組み立て、レーザー切断、食品業界ではピッキングやスライス、カットなどの作業に活用されます。また電子部品業界では、0.1㎜単位の精度の高い要求が伴う取り付けや組み立てなど、製造における広い工程で利用されます。

そのほかにも以下のような作業分野で活用できます。

• 機械部品の小型部品の組み立て・ねじ締め
• 工作機械へのセッティング
• 梱包
• 射出成型
• 接着・溶接
• 品質検査など

協働ロボットの原理

柔軟な作業に対応する協働ロボットは、機種や用途によって5軸、6軸といった関節を持ち、高速で高精度な作業が可能です。

画像処理システムや画像センサによって対象物を認識し、ロボットの動作指示をアーム付属のボタンで行えるタイプもあります。技術革新によりプログラミングが容易になり、立ち上げまでにかかる時間が短縮できました。

協働ロボットの種類

近年ではさまざまな協働ロボットが生産販売されています。

• ターニングセンタ
  DMG森精機株式会社では、DXとGX（グリーントランスフォーメーション）をテーマに、工場全体の工程集約の自動化ソリューションを展示。なかでも注目なのが、移動式のワークハンドリング「MATRIS Light（マトリスライト）」による、多品種少量生産のソリューションだ。
  同社のMATRIS Lightは、手押し台車に協働ロボットを搭載した、移動可能なロボットシステム。自動化させたい工作機械の前に配置し、現物合わせによるダイレクトティーチングで、ワークの搬入出を短時間で自動化することができる。
  「日中は人、夜はロボット」など、その時々の生産体制にあわせた柔軟な対応が可能に。工場の人手不足が深刻化するなか、オペレータの代わりになるロボットとして、生産活動のスキマ時間を埋めていくことができる。
• 立型マシニングセンタ
  ヤマザキマザック株式会社では、協働ロボット自動化セル「Ez LOADER」と、高トルク主軸を採用した立形マシニングセンタ「VCN-460」による、多品種少量生産を提案。さらにレニショー社のゲージシステムとの組み合わせで、加工からワークの測定まで、完全自動化を実現する。
  ロボットの位置補正はビジョンセンサが自動で行うため、わずか15分で設置することが可能。金型や自動車部品をはじめ、鉄やアルミの角材など、重量のあるワークの搬入・搬出もでき、中大型ワークの重切削・多品種少量生産ニーズ応える。
• NC旋盤
  オークマ株式会社では、社会課題を解決する自動化やDXの促進、脱炭素社会の実現に向けたソリューションを展示。生産形態に応じた自動化提案をするなか、参考出展として2023年春頃発売を目指すのが、移動式協働ロボットだ。
  移動式協働ロボットは、ロボットセルを用いた自動化パッケージとして、従来のオークマ製の工作機械に手軽に導入することができる。
  ティーチングを完了させた状態で出荷するため、セッティングが簡単。品目変更には、専用ソフトを使い、ワーク寸法をパラメータ入力することで対応する。ロボットの架台とストッカーが一体となっており、ユーザーの設置の手間が少ないことも特長だ。
  「生産量が少なく自動化がむずかしい現場」「小ロットのためロボット導入をあきらめていた現場」に使って欲しいという。
• 横型マシニングセンタ
  株式会社ジェイテクトでは、主軸40番・50番の横形マシニングセンタ「FH5000S-i/FH5500S-i」を展示。ジグの段取りからワークの取り出しまで、協働ロボットとの組み合わせによる効率化で、自動車部品加工における多品種少量生産を提案する。
  研削盤のイメージの強い同社の工作機械だが、自動車業界で磨いてきたマシニング技術を活かし、マシニングセンタを新たに開発。機械構造を一から見直すことで、高い切削性（切削量：従来比1.2倍）と精度を実現した。
  ギアケースやモータケースなどのEV関連部品だけでなく、得意とする主軸50番による建機などの重切削のニーズにも応える。
• 5軸マシニングセンタ
  株式会社牧野フライス製作所では、従来の縦形5軸マシニングセンタ 「DA300」に、ワークストッカーを装備した、これまでにない自動化パッケージを提案。40枚のワークパレットと118本の工具マガジンを標準搭載し、ユーザーの自動化の課題に応える。
  ユーザーの加工ワークは、半導体部品から試作金型までさまざま。多品種少量生産が増えており、ワークの種類・材質を問わず、休日や夜間でも長時間運転ができる、生産性の高い機種が求められていた。同社のDA300では、自由度の高い5軸加工によって段取り回数を減らし、作業者の負担軽減と生産性向上を両立する。
• 主軸30番マシニングセンタ
  ブラザー工業株式会社では、「無駄なく、削れ。」をテーマに、同社の主軸30番のマシニングセンタ「SPEEDIO（スピーディオ）」シリーズを展示。なかでも新製品として目を引いたのが、マルチタスクマシン「M200Xd1」だ。
  同社のM200Xd1は、旋削・マシニングの複合加工を実現する、同時5軸の複合加工機。切粉を直下に落とすセンタートラフ構造で、より一層の生産性向上が実現した。
  主軸30番の高速加工機として定評のある、同社のSPEEDIOシリーズだが、今回新たに複合加工機をラインナップしたことで、自動車から半導体、医療部品まで、高速加工の工程集約ニーズに応える。協働ロボットとの組み合わせによる、さらなる自動化提案も可能だ。
• CNC自動旋盤
  シチズンマシナリー株式会社では、「今ある価値の、その先へ」をテーマに、量産に特化したCNC自動旋盤を展示。Cincom（シンコム）ブランドの主軸台移動形CNC自動旋盤「Cincom M32」で、加工不良をつくらない多品種少量生産を提案する。
  CNC自動旋盤といえば、量産に特化した加工機だが、同社のM32では「くし刃+タレット」による多数の刃物搭載で、多品種少量生産にも対応。自動車や半導体部品の一次加工だけでなく、医療部品や空圧部品など、さまざまな多品種少量生産ニーズに応える。
  またメトロール社の機内計測センサの搭載で、加工不良をつくらない量産加工も提案。加工後任意のタイミングでワーク寸法を計測し、加工不良の選別や追加工などを行うことで、作業者による検査工程がなくなり、生産性向上が実現する。
• 5軸マシニングセンタ
  株式会社松浦機械製作所では、自動化に定評のある同社の5軸立形マシニングセンタMXシリーズの新製品「MX-330 PC10」を出展。パレットチェンジャーの付いたコンパクトな5軸加工入門機として、より使いやすくバージョンアップした。
  同社のユーザーの7割以上は、ジョブショップと呼ばれる加工屋が多く、多品種少量生産が圧倒的に多い。量産だけでなく少量変種にも最適なパレットチェンジャーは、ひとつのパレットにつき、複数のプログラムを設定することができ、同じジグを使いながらワークの変更が簡単にできる。パレットへのアクセスも良く、段取りもしやすい。まさにエントリーモデルとして最適の5軸加工機だ。
• 複合加工機
  中村留精密工業株式会社では、24時間稼働を実現する、パレタイジングストッカー「箱兵衛（はこべえ）Link」を展示。多段積みパレットの出し入れを自動化し、現場の負担の大幅軽減を提案する。
  同社の箱兵衛（はこべえ）Linkは、もともと同社の複合加工機専用として開発された「箱兵衛」を、他機械にも単体でつなげられるように新たに開発したもの。中村留製の複合加工機以外にも、他社製工作機械との連動も想定する。
  ロボットのグリッパ交換もかんたんで、ワークの供給からパレットへの戻し作業までを自動化し、生産品目にあわせた多品種少量生産ラインが実現。ワーク点数が増えつつある自動車部品や半導体部品の加工ニーズに、複合加工機を含めたトータルで応える。
• 研削盤
  株式会社ナガセインテグレックスでは、自動化・省人化・非熟練化を実現する、超精密両頭研削盤「NSF-440WS」を展示。協働ロボットとの組み合わせによるワークの自動供給・取り出しで、研削加工における多品種少量生産を提案する。
  これまでの平面研削盤（マグネットチャック利用）は、ワークに反りがあった場合、精密な研削が難しく、自動化の壁となっていた。同社のNSF-440WSではワークを「置くだけ」で超精密が実現する、チャッキング不要の両頭研磨を実現。これにより協働ロボットによる自動化が可能となった。
  ベアリングやギアなど精密自動車部品をはじめ、セラミック・SiCなどの半導体向け難削材にも最適。研削能率が上がるとともに、ワークのセッティングがかんたんになり、多品種少量生産が実現する。

(参考：〈JIMTOF2022〉最新工作機械にみる多品種少量ソリューション｜vol.1)

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